Soalan tentang keadaan pengagregatan, apakah ciri dan sifat pepejal, cecair dan gas, dipertimbangkan dalam beberapa kursus latihan. Terdapat tiga keadaan jirim klasik, dengan ciri struktur ciri mereka sendiri. Pemahaman mereka ialah perkara penting dalam memahami sains Bumi, organisma hidup, dan aktiviti pengeluaran. Soalan-soalan ini dipelajari oleh fizik, kimia, geografi, geologi, kimia fizikal dan disiplin saintifik yang lain. Bahan yang, dalam keadaan tertentu, berada dalam salah satu daripada tiga jenis keadaan asas boleh berubah dengan peningkatan atau penurunan suhu dan tekanan. Mari kita pertimbangkan kemungkinan peralihan dari satu keadaan pengagregatan ke keadaan yang lain, kerana ia berlaku dalam alam semula jadi, teknologi dan kehidupan seharian.

Apakah keadaan pengagregatan?

Perkataan asal Latin "aggrego" diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia bermaksud "untuk bergabung". Istilah saintifik merujuk kepada keadaan badan yang sama, bahan. Kewujudan pepejal, gas dan cecair pada suhu tertentu dan tekanan yang berbeza adalah ciri semua cangkerang Bumi. Sebagai tambahan kepada tiga keadaan asas pengagregatan, terdapat juga keadaan keempat. Pada suhu tinggi dan tekanan malar, gas bertukar menjadi plasma. Untuk lebih memahami apa itu keadaan pengagregatan, adalah perlu untuk mengingati zarah terkecil yang membentuk bahan dan jasad.

Rajah di atas menunjukkan: a - gas; b—cecair; c ialah jasad pepejal. Dalam gambar sedemikian, bulatan menunjukkan elemen struktur bahan-bahan. Ini adalah simbol; sebenarnya, atom, molekul, dan ion bukanlah bola pepejal. Atom terdiri daripada nukleus bercas positif yang mengelilingi elektron bercas negatif bergerak pada kelajuan tinggi. Pengetahuan tentang struktur mikroskopik jirim membantu untuk lebih memahami perbezaan yang wujud antara bentuk agregat yang berbeza.

Idea tentang mikrokosmos: dari Yunani Purba hingga abad ke-17

Maklumat pertama tentang zarah yang membentuk badan fizikal, muncul dalam Yunani purba. Pemikir Democritus dan Epicurus memperkenalkan konsep seperti atom. Mereka percaya bahawa zarah-zarah terkecil yang tidak boleh dibahagikan dari bahan yang berbeza ini mempunyai bentuk, saiz tertentu, dan mampu bergerak dan berinteraksi antara satu sama lain. Atomisme menjadi ajaran paling maju Yunani purba pada zamannya. Tetapi perkembangannya perlahan pada Zaman Pertengahan. Sejak itu para saintis dianiaya oleh Inkuisisi Gereja Roman Katolik. Oleh itu, sehingga zaman moden, tidak ada konsep yang jelas tentang keadaan jirim. Hanya selepas abad ke-17, saintis R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier merumuskan peruntukan teori atom-molekul, yang tidak kehilangan kepentingannya hari ini.

Atom, molekul, ion - zarah mikroskopik struktur jirim

Satu kejayaan besar dalam memahami dunia mikro berlaku pada abad ke-20, apabila mikroskop elektron dicipta. Mengambil kira penemuan yang dibuat oleh saintis sebelum ini, adalah mungkin untuk mengumpulkan gambaran koheren tentang dunia mikro. Teori yang menerangkan keadaan dan kelakuan zarah terkecil jirim adalah agak kompleks ia berkaitan dengan bidang Untuk memahami ciri-ciri keadaan agregat jirim yang berbeza, sudah cukup untuk mengetahui nama dan ciri zarah struktur utama yang terbentuk; bahan yang berbeza.

1. Atom ialah zarah yang tidak boleh dibahagikan secara kimia. Mereka dipelihara dalam tindak balas kimia, tetapi dimusnahkan dalam tindak balas nuklear. Logam dan banyak bahan lain dalam struktur atom mempunyai keadaan pepejal pengagregatan di bawah keadaan normal.
2. Molekul ialah zarah yang terurai dan terbentuk dalam tindak balas kimia. oksigen, air, karbon dioksida, sulfur. Keadaan fizikal oksigen, nitrogen, sulfur dioksida, karbon, oksigen dalam keadaan normal adalah gas.
3. Ion ialah zarah bercas yang menjadi atom dan molekul apabila ia memperoleh atau kehilangan elektron—zarah bercas negatif mikroskopik. Banyak garam mempunyai struktur ionik, contohnya garam meja, besi sulfat dan kuprum sulfat.

Terdapat bahan yang zarahnya terletak di angkasa dengan cara tertentu. Kedudukan bersama atom, ion, dan molekul yang tersusun dipanggil kekisi kristal. Biasanya, kekisi kristal ionik dan atom adalah ciri pepejal, molekul - untuk cecair dan gas. Berlian dibezakan oleh kekerasannya yang tinggi. Kekisi kristal atomnya dibentuk oleh atom karbon. Tetapi grafit lembut juga terdiri daripada atom unsur kimia ini. Hanya mereka terletak berbeza di angkasa. Keadaan biasa pengagregatan sulfur adalah pepejal, tetapi apabila suhu tinggi bahan itu bertukar menjadi cecair dan jisim amorf.

Bahan dalam keadaan pepejal terkumpul

Pepejal dalam keadaan normal mengekalkan isipadu dan bentuknya. Contohnya, sebutir pasir, sebutir gula, garam, sekeping batu atau logam. Jika anda memanaskan gula, bahan itu mula mencair, bertukar menjadi cecair coklat likat. Mari kita hentikan pemanasan dan kita akan mendapat pepejal semula. Ini bermakna bahawa salah satu syarat utama untuk peralihan pepejal kepada cecair ialah pemanasannya atau peningkatan tenaga dalaman zarah bahan itu. Keadaan pepejal pengagregatan garam, yang digunakan untuk makanan, juga boleh diubah. Tetapi untuk mencairkan garam meja, suhu yang lebih tinggi diperlukan daripada semasa memanaskan gula. Faktanya ialah gula terdiri daripada molekul, dan garam meja terdiri daripada ion bercas yang lebih kuat tertarik antara satu sama lain. Pepejal dalam bentuk cecair tidak mengekalkan bentuknya kerana kekisi kristal dimusnahkan.

Keadaan agregat cecair garam apabila cair dijelaskan oleh pemecahan ikatan antara ion dalam kristal. Zarah bercas yang boleh membawa cas elektrik dilepaskan. Garam cair mengalirkan elektrik dan merupakan konduktor. Dalam industri kimia, metalurgi dan kejuruteraan, bahan pepejal ditukar kepada cecair untuk mendapatkan sebatian baru daripadanya atau untuk memberikannya. bentuk yang berbeza. Aloi logam telah meluas. Terdapat beberapa cara untuk mendapatkannya, dikaitkan dengan perubahan dalam keadaan pengagregatan bahan mentah pepejal.

Cecair adalah salah satu keadaan asas pengagregatan

Jika anda menuang 50 ml air ke dalam kelalang dasar bulat, anda akan perasan bahawa bahan itu akan serta-merta berbentuk bekas kimia. Tetapi sebaik sahaja kita menuang air keluar dari kelalang, cecair akan segera merebak ke atas permukaan meja. Isipadu air akan kekal sama - 50 ml, tetapi bentuknya akan berubah. Ciri yang disenaraikan adalah ciri bentuk cecair kewujudan jirim. Banyak bahan organik adalah cecair: alkohol, minyak sayuran, asid.

Susu ialah emulsi, iaitu cecair yang mengandungi titisan lemak. Sumber cecair yang berguna ialah minyak. Ia diekstrak daripada telaga menggunakan pelantar penggerudian di darat dan di lautan. Air laut juga merupakan bahan mentah untuk industri. Perbezaannya daripada air tawar di sungai dan tasik terletak pada kandungan bahan terlarut, terutamanya garam. Apabila menyejat dari permukaan takungan, hanya molekul H 2 O yang masuk ke dalam keadaan wap, bahan terlarut kekal. Kaedah untuk mendapatkan adalah berdasarkan harta ini bahan berguna daripada air laut dan kaedah pembersihannya.

Apabila garam dikeluarkan sepenuhnya, air suling diperolehi. Ia mendidih pada 100°C dan membeku pada 0°C. Air garam mendidih dan bertukar menjadi ais pada suhu lain. Sebagai contoh, air di Lautan Artik membeku pada suhu permukaan 2 °C.

Keadaan fizikal merkuri dalam keadaan normal adalah cecair. Logam kelabu keperakan ini biasanya digunakan untuk mengisi termometer perubatan. Apabila dipanaskan, lajur merkuri naik pada skala dan bahan mengembang. Mengapakah alkohol diwarnakan dengan cat merah digunakan, dan bukan merkuri? Ini dijelaskan oleh sifat logam cecair. Pada fros 30 darjah, keadaan pengagregatan merkuri berubah, bahan menjadi pepejal.

Jika termometer perubatan pecah dan merkuri tumpah keluar, maka mengumpul bola perak dengan tangan anda adalah berbahaya. Ia berbahaya untuk menyedut wap merkuri bahan ini sangat toksik. Dalam kes sedemikian, kanak-kanak perlu berpaling kepada ibu bapa dan orang dewasa mereka untuk mendapatkan bantuan.

Keadaan gas

Gas tidak dapat mengekalkan sama ada isipadu atau bentuknya. Isikan kelalang ke bahagian atas dengan oksigen (ia formula kimia O 2). Sebaik sahaja kita membuka kelalang, molekul bahan akan mula bercampur dengan udara di dalam bilik. Ini berlaku disebabkan oleh gerakan Brownian. Malah saintis Yunani purba Democritus percaya bahawa zarah jirim sentiasa bergerak. Dalam pepejal, dalam keadaan normal, atom, molekul dan ion tidak mempunyai peluang untuk meninggalkan kekisi kristal atau membebaskan diri daripada ikatan dengan zarah lain. Ini hanya mungkin apabila sejumlah besar tenaga dibekalkan dari luar.

Dalam cecair, jarak antara zarah adalah lebih besar sedikit daripada pepejal mereka memerlukan lebih sedikit tenaga untuk memecahkan ikatan antara molekul. Sebagai contoh, keadaan cecair oksigen diperhatikan hanya apabila suhu gas menurun kepada -183 °C. Pada -223 °C, molekul O 2 membentuk pepejal. Apabila suhu meningkat melebihi nilai ini, oksigen bertukar menjadi gas. Dalam bentuk ini ia ditemui dalam keadaan biasa. hidup perusahaan industri Terdapat pemasangan khas untuk memisahkan udara atmosfera dan mendapatkan nitrogen dan oksigen daripadanya. Pertama, udara disejukkan dan dicairkan, dan kemudian suhu meningkat secara beransur-ansur. Nitrogen dan oksigen ditukar kepada gas apabila keadaan yang berbeza.

Atmosfera bumi mengandungi 21% oksigen dan 78% nitrogen mengikut isipadu. Bahan-bahan ini tidak terdapat dalam bentuk cecair dalam sampul gas planet ini. Oksigen cecair berwarna biru muda dan digunakan untuk mengisi silinder pada tekanan tinggi untuk digunakan dalam institusi perubatan. Dalam industri dan pembinaan, gas cecair diperlukan untuk menjalankan banyak proses. Oksigen diperlukan untuk kimpalan gas dan memotong logam, dan dalam kimia untuk tindak balas pengoksidaan bahan bukan organik dan organik. Jika anda membuka injap silinder oksigen, tekanan berkurangan dan cecair bertukar menjadi gas.

Propana cair, metana dan butana ditemui aplikasi yang luas dalam tenaga, pengangkutan, industri dan aktiviti isi rumah penduduk. Bahan-bahan ini diperoleh daripada gas asli atau semasa retak (pemecahan) bahan mentah petroleum. Campuran cecair dan gas karbon memainkan peranan penting dalam ekonomi banyak negara. Tetapi rizab minyak dan gas asli telah habis teruk. Menurut saintis, bahan mentah ini akan bertahan selama 100-120 tahun. Sumber tenaga alternatif ialah aliran udara (angin). Sungai yang mengalir deras dan pasang surut di pantai laut dan lautan digunakan untuk mengendalikan loji kuasa.

Oksigen, seperti gas lain, boleh berada dalam keadaan pengagregatan keempat, mewakili plasma. Peralihan luar biasa dari keadaan pepejal kepada gas adalah ciri ciri iodin kristal. Bahan ungu gelap mengalami pemejalwapan - ia berubah menjadi gas, memintas keadaan cecair.

Bagaimanakah peralihan dibuat daripada satu bentuk agregat jirim kepada yang lain?

Perubahan dalam keadaan agregat bahan tidak dikaitkan dengan transformasi kimia, ini adalah fenomena fizikal. Apabila suhu meningkat, banyak pepejal mencair dan bertukar menjadi cecair. Peningkatan selanjutnya dalam suhu boleh membawa kepada penyejatan, iaitu, kepada keadaan gas bahan. Dalam alam semula jadi dan ekonomi, peralihan sedemikian adalah ciri salah satu bahan utama di Bumi. Ais, cecair, wap adalah keadaan air di bawah keadaan luaran yang berbeza. Sebatian adalah sama, formulanya ialah H 2 O. Pada suhu 0 ° C dan di bawah nilai ini, air mengkristal, iaitu, berubah menjadi ais. Apabila suhu meningkat, kristal yang terhasil dimusnahkan - ais mencair, dan air cecair diperoleh semula. Apabila ia dipanaskan, sejatan terbentuk - perubahan air menjadi gas - walaupun pada suhu rendah. Sebagai contoh, lopak beku secara beransur-ansur hilang kerana air menyejat. Walaupun dalam cuaca sejuk, cucian basah mengering, tetapi proses ini mengambil masa lebih lama daripada pada hari yang panas.

Semua peralihan air yang disenaraikan dari satu negeri ke negeri lain adalah sangat penting untuk sifat Bumi. Fenomena atmosfera, iklim dan cuaca dikaitkan dengan penyejatan air dari permukaan Lautan Dunia, pemindahan lembapan dalam bentuk awan dan kabus ke darat, dan pemendakan (hujan, salji, hujan batu). Fenomena ini menjadi asas kepada kitaran air Dunia di alam semula jadi.

Bagaimanakah keadaan agregat sulfur berubah?

Dalam keadaan biasa, sulfur adalah kristal berkilat terang atau serbuk kuning muda, iaitu bahan pepejal. Keadaan fizikal sulfur berubah apabila dipanaskan. Pertama, apabila suhu meningkat kepada 190 °C, bahan kuning cair, bertukar menjadi cecair mudah alih.

Jika anda cepat tuangkan sulfur cair ke dalam air sejuk, maka jisim amorf berwarna coklat diperolehi. Dengan pemanasan selanjutnya sulfur cair, ia menjadi lebih likat dan gelap. Pada suhu melebihi 300 °C, keadaan pengagregatan sulfur berubah lagi, bahan memperoleh sifat cecair dan menjadi mudah alih. Peralihan ini timbul kerana keupayaan atom sesuatu unsur membentuk rantaian yang berlainan panjang.

Mengapakah bahan boleh berada dalam keadaan fizikal yang berbeza?

Keadaan pengagregatan sulfur, bahan ringkas, adalah pepejal dalam keadaan biasa. Sulfur dioksida adalah gas, asid sulfurik adalah cecair berminyak yang lebih berat daripada air. Tidak seperti garam dan asid nitrik ia tidak meruap, molekul tidak tersejat dari permukaannya. Apakah keadaan pengagregatan yang ada pada sulfur plastik, yang diperoleh dengan memanaskan hablur?

Dalam bentuk amorfus, bahan mempunyai struktur cecair, dengan kecairan yang tidak ketara. Tetapi sulfur plastik pada masa yang sama mengekalkan bentuknya (sebagai pepejal). Terdapat kristal cecair yang mempunyai beberapa sifat ciri pepejal. Oleh itu, keadaan bahan di bawah keadaan yang berbeza bergantung kepada sifat, suhu, tekanan dan lain-lain keadaan luaran.

Apakah ciri yang wujud dalam struktur pepejal?

Perbezaan sedia ada antara keadaan agregat asas jirim dijelaskan oleh interaksi antara atom, ion dan molekul. Sebagai contoh, mengapakah keadaan pepejal jirim membawa kepada keupayaan jasad untuk mengekalkan isipadu dan bentuk? Dalam kekisi kristal logam atau garam, zarah struktur tertarik antara satu sama lain. Dalam logam, ion bercas positif berinteraksi dengan apa yang dipanggil "gas elektron," kumpulan elektron bebas dalam sekeping logam. Hablur garam timbul kerana tarikan zarah bercas bertentangan - ion. Jarak antara unit struktur pepejal di atas adalah jauh lebih kecil daripada saiz zarah itu sendiri. Dalam kes ini, daya tarikan elektrostatik bertindak, ia memberikan kekuatan, tetapi tolakan tidak cukup kuat.

Untuk memusnahkan keadaan pepejal pengagregatan bahan, usaha mesti dilakukan. Logam, garam dan hablur atom cair pada suhu yang sangat tinggi. Sebagai contoh, besi menjadi cecair pada suhu melebihi 1538 °C. Tungsten adalah refraktori dan digunakan untuk membuat filamen pijar untuk mentol lampu. Terdapat aloi yang menjadi cecair pada suhu melebihi 3000 °C. Ramai di Bumi berada dalam keadaan pepejal. Bahan mentah ini diekstrak menggunakan teknologi di lombong dan kuari.

Untuk memisahkan walaupun satu ion daripada kristal, sejumlah besar tenaga mesti dibelanjakan. Tetapi ia cukup untuk melarutkan garam dalam air untuk kekisi kristal hancur! Fenomena ini dijelaskan oleh sifat menakjubkan air sebagai pelarut polar. Molekul H 2 O berinteraksi dengan ion garam, memusnahkan ikatan kimia di antara mereka. Oleh itu, pelarutan bukanlah pencampuran mudah bahan yang berbeza, tetapi interaksi fizikokimia di antara mereka.

Bagaimanakah molekul cecair berinteraksi?

Air boleh menjadi cecair, pepejal, dan gas (wap). Ini adalah keadaan asas pengagregatannya di bawah keadaan biasa. Molekul air terdiri daripada satu atom oksigen yang mana dua atom hidrogen terikat. Polarisasi ikatan kimia dalam molekul berlaku, dan cas negatif separa muncul pada atom oksigen. Hidrogen menjadi kutub positif dalam molekul, tertarik oleh atom oksigen molekul lain. Ini dipanggil "ikatan hidrogen".

Keadaan cecair pengagregatan dicirikan oleh jarak antara zarah struktur yang setanding dengan saiznya. Tarikan wujud, tetapi ia lemah, jadi air tidak mengekalkan bentuknya. Pengewapan berlaku kerana pemusnahan ikatan yang berlaku pada permukaan cecair walaupun pada suhu bilik.

Adakah interaksi antara molekul wujud dalam gas?

Keadaan gas sesuatu bahan berbeza daripada cecair dan pepejal dalam beberapa parameter. Terdapat jurang yang besar antara zarah struktur gas, jauh lebih besar daripada saiz molekul. Dalam kes ini, daya tarikan tidak bertindak sama sekali. Keadaan pengagregatan gas adalah ciri-ciri bahan yang terdapat di udara: nitrogen, oksigen, karbon dioksida. Dalam gambar di bawah, kiub pertama diisi dengan gas, yang kedua dengan cecair, dan yang ketiga dengan pepejal.

Banyak cecair tidak menentu; molekul bahan terputus dari permukaannya dan pergi ke udara. Sebagai contoh, jika anda membawa kapas yang dicelup dalam ammonia ke pembukaan botol asid hidroklorik terbuka, asap putih kelihatan. Tindak balas kimia antara asid hidroklorik dan ammonia berlaku betul-betul di udara, menghasilkan ammonium klorida. Apakah keadaan pengagregatan bahan ini? Zarahnya yang membentuk asap putih adalah hablur garam yang kecil. Eksperimen ini mesti dijalankan di bawah hud;

Kesimpulan

Keadaan fizikal gas telah dikaji oleh ramai orang ahli fizik yang cemerlang dan ahli kimia: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clayperon, Mendeleev, Le Chatelier. Para saintis telah merumuskan undang-undang yang menerangkan tingkah laku bahan gas dalam tindak balas kimia, apabila keadaan luaran berubah. Corak terbuka bukan sahaja dimasukkan dalam buku teks sekolah dan universiti tentang fizik dan kimia. Banyak industri kimia adalah berdasarkan pengetahuan tentang kelakuan dan sifat bahan dalam keadaan pengagregatan yang berbeza.

Semua bahan boleh berada dalam keadaan pengagregatan yang berbeza - pepejal, cecair, gas dan plasma. Pada zaman dahulu dipercayai bahawa dunia terdiri daripada tanah, air, udara dan api. Keadaan agregat bahan sepadan dengan pembahagian visual ini. Pengalaman menunjukkan bahawa sempadan antara keadaan pengagregatan adalah sangat sewenang-wenangnya. Gas pada tekanan rendah dan suhu rendah dianggap ideal; molekul di dalamnya sepadan dengan titik bahan yang hanya boleh berlanggar mengikut undang-undang kesan elastik. Daya interaksi antara molekul pada saat hentaman boleh diabaikan, dan perlanggaran itu sendiri berlaku tanpa kehilangan tenaga mekanikal. Tetapi apabila jarak antara molekul meningkat, interaksi molekul juga mesti diambil kira. Interaksi ini mula menjejaskan peralihan daripada keadaan gas kepada cecair atau pepejal. Pelbagai jenis interaksi boleh berlaku antara molekul.

Daya interaksi antara molekul tidak boleh tepu, berbeza daripada daya interaksi kimia atom, yang membawa kepada pembentukan molekul. Mereka boleh menjadi elektrostatik kerana interaksi antara zarah bercas. Pengalaman telah menunjukkan bahawa interaksi mekanikal kuantum, yang bergantung pada jarak dan orientasi bersama molekul, boleh diabaikan pada jarak antara molekul lebih daripada 10 -9 m Dalam gas jarang ia boleh diabaikan atau boleh diandaikan bahawa tenaga interaksi berpotensi boleh dikatakan sama dengan sifar. Pada jarak dekat tenaga ini kecil, dan daya tarikan bersama bertindak

di - saling tolak menolak dan memaksa

tarikan dan tolakan molekul adalah seimbang dan F= 0. Di sini daya ditentukan oleh hubungannya dengan tenaga keupayaan Tetapi zarah bergerak, mempunyai rizab tenaga kinetik tertentu.

gii. Biarkan satu molekul tidak bergerak, dan satu lagi berlanggar dengannya, mempunyai bekalan tenaga sedemikian. Apabila molekul menghampiri satu sama lain, daya tarikan melakukan kerja positif dan tenaga potensi interaksi mereka berkurangan ke jarak Pada masa yang sama, tenaga kinetik (dan kelajuan) meningkat. Apabila jarak menjadi kurang, daya tarikan akan digantikan oleh daya tolakan. Kerja yang dilakukan oleh molekul terhadap daya ini adalah negatif.

Molekul akan bergerak lebih dekat kepada molekul pegun sehingga tenaga kinetiknya ditukar sepenuhnya kepada potensi. Jarak minimum d, jarak di mana molekul boleh mendekati dipanggil diameter berkesan molekul. Selepas berhenti, molekul akan mula bergerak jauh di bawah pengaruh daya tolakan dengan kelajuan yang semakin meningkat. Setelah melepasi jarak semula, molekul akan jatuh ke kawasan daya tarikan, yang akan memperlahankan penyingkirannya. Diameter berkesan bergantung kepada rizab awal tenaga kinetik, i.e. nilai ini tidak tetap. Pada jarak yang sama, tenaga potensi interaksi mempunyai nilai yang tidak terhingga besar atau "penghalang" yang menghalang pusat molekul daripada mendekati jarak yang lebih kecil. Nisbah tenaga interaksi berpotensi purata kepada tenaga kinetik purata menentukan keadaan pengagregatan bahan: untuk gas, untuk cecair, untuk pepejal

Bahan pekat termasuk cecair dan pepejal. Di dalamnya, atom dan molekul terletak rapat, hampir menyentuh. Jarak purata antara pusat molekul dalam cecair dan pepejal adalah dalam susunan (2 -5) 10 -10 m Ketumpatannya juga lebih kurang sama. Jarak interatomik melebihi jarak di mana awan elektron menembusi satu sama lain sehingga timbul daya tolakan. Sebagai perbandingan, dalam gas dalam keadaan normal jarak purata antara molekul adalah kira-kira 33 10 -10 m.

DALAM cecair interaksi antara molekul mempunyai kesan yang lebih kuat, pergerakan terma molekul menunjukkan dirinya dalam getaran lemah di sekitar kedudukan keseimbangan dan juga melompat dari satu kedudukan ke kedudukan yang lain. Oleh itu, mereka hanya mempunyai susunan jarak pendek dalam susunan zarah, iaitu, ketekalan dalam susunan hanya zarah yang terdekat, dan kecairan ciri.

pepejal Mereka dicirikan oleh ketegaran struktur, mempunyai isipadu dan bentuk yang ditakrifkan dengan tepat, yang berubah lebih sedikit di bawah pengaruh suhu dan tekanan. Dalam pepejal, keadaan amorf dan kristal adalah mungkin. Terdapat juga bahan perantaraan - kristal cecair. Tetapi atom dalam pepejal tidak sama sekali pegun, seperti yang mungkin difikirkan. Setiap daripada mereka turun naik sepanjang masa di bawah pengaruh daya kenyal yang timbul antara jirannya. Kebanyakan unsur dan sebatian mempunyai struktur kristal di bawah mikroskop.

Oleh itu, butiran garam meja kelihatan seperti kiub yang sempurna. Dalam hablur, atom terpaku pada tapak kekisi kristal dan boleh bergetar hanya berhampiran tapak kekisi. Kristal membentuk pepejal sejati, dan pepejal seperti plastik atau asfalt menduduki kedudukan pertengahan antara pepejal dan cecair. Jasad amorf, seperti cecair, mempunyai susunan jarak dekat, tetapi kebarangkalian lompatan adalah rendah. Oleh itu, kaca boleh dianggap sebagai cecair supersejuk dengan kelikatan yang meningkat. Hablur cecair mempunyai kecairan cecair, tetapi mengekalkan susunan atom yang teratur dan mempunyai sifat anisotropi.

Ikatan kimia atom (dan kira-kira dalam) dalam kristal adalah sama seperti dalam molekul. Struktur dan ketegaran pepejal ditentukan oleh perbezaan dalam daya elektrostatik yang mengikat bersama atom yang membentuk badan. Mekanisme yang mengikat atom menjadi molekul boleh membawa kepada pembentukan struktur berkala pepejal yang boleh dianggap sebagai makromolekul. Seperti molekul ionik dan kovalen, terdapat kristal ionik dan kovalen. Kekisi ionik dalam kristal diikat bersama oleh ikatan ionik (lihat Rajah 7.1). Struktur garam meja adalah sedemikian rupa sehingga setiap ion natrium mempunyai enam jiran - ion klorin. Pengagihan ini sepadan dengan tenaga minimum, iaitu, apabila konfigurasi sedemikian terbentuk, tenaga maksimum dilepaskan. Oleh itu, apabila suhu jatuh di bawah takat lebur, terdapat kecenderungan untuk membentuk kristal tulen. Apabila suhu meningkat, tenaga kinetik terma mencukupi untuk memecahkan ikatan, kristal akan mula cair, dan struktur akan mula runtuh. Polimorfisme kristal ialah keupayaan untuk membentuk keadaan dengan struktur kristal yang berbeza.

Apabila pengedaran cas elektrik perubahan dalam atom neutral, interaksi lemah antara jiran mungkin berlaku. Ikatan ini dipanggil molekul atau van der Waals (seperti dalam molekul hidrogen). Tetapi daya tarikan elektrostatik juga boleh timbul antara atom neutral, maka tiada penyusunan semula berlaku dalam cengkerang elektronik atom. Tolakan bersama apabila cangkerang elektron menghampiri satu sama lain mengalihkan pusat graviti cas negatif berbanding dengan yang positif. Setiap atom mendorong satu dipol elektrik pada yang lain, dan ini membawa kepada tarikan mereka. Ini adalah tindakan daya antara molekul atau daya van der Waals, yang mempunyai jejari tindakan yang besar.

Oleh kerana atom hidrogen sangat kecil dan elektronnya mudah tercabut, ia sering tertarik kepada dua atom sekaligus, membentuk ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen juga bertanggungjawab untuk interaksi molekul air antara satu sama lain. Ia menerangkan banyak sifat unik air dan ais (Rajah 7.4).

Ikatan kovalen(atau atom) dicapai kerana interaksi dalaman atom neutral. Contoh ikatan sedemikian ialah ikatan dalam molekul metana. Varieti karbon yang sangat terikat ialah berlian (empat atom hidrogen digantikan oleh empat atom karbon).

Jadi, karbon dibina di atas ikatan kovalen, membentuk kristal berbentuk berlian. Setiap atom dikelilingi oleh empat atom, membentuk tetrahedron sekata. Tetapi setiap daripada mereka juga merupakan puncak tetrahedron jiran. Di bawah keadaan lain, atom karbon yang sama menghablur menjadi grafit. Dalam grafit ia juga disambungkan oleh ikatan atom, tetapi membentuk satah sel sarang lebah heksagon yang mampu ricih. Jarak antara atom-atom yang terletak di bucu heksahedron ialah 0.142 nm. Lapisan terletak pada jarak 0.335 nm, i.e. terikat lemah, jadi grafit adalah plastik dan lembut (Rajah 7.5). Pada tahun 1990 berlaku ledakan kerja penyelidikan disebabkan oleh mesej tentang penerimaan bahan baru - fullerite, terdiri daripada molekul karbon - fullerenes. Bentuk karbon ini adalah molekul, i.e. Unsur minimum bukanlah atom, tetapi molekul. Ia dinamakan sempena arkitek R. Fuller, yang pada tahun 1954 menerima paten untuk pembinaan bangunan heksagon dan pentagon membentuk hemisfera. Molekul daripada 60 atom karbon dengan diameter 0.71 nm ditemui pada tahun 1985, kemudian molekul ditemui, dsb. Mereka semua mempunyai permukaan yang stabil,

tetapi molekul yang paling stabil ialah C 60 dan DENGAN 70 . Adalah logik untuk mengandaikan bahawa grafit digunakan sebagai bahan permulaan untuk sintesis fullerene. Jika demikian, maka jejari serpihan heksagon hendaklah 0.37 nm. Tetapi ternyata sama dengan 0.357 nm. Perbezaan 2% ini adalah disebabkan oleh fakta bahawa atom karbon terletak pada permukaan sfera pada bucu 20 hexahedron biasa yang diwarisi daripada grafit dan 12 pentahedron biasa, i.e. Reka bentuknya menyerupai bola sepak. Ternyata apabila "dijahit" menjadi sfera tertutup, beberapa hexahedron rata bertukar menjadi pentahedron. Pada suhu bilik, molekul C60 terpeluwap menjadi struktur di mana setiap molekul mempunyai 12 jiran dengan jarak 0.3 nm. Pada T= 349 K, peralihan fasa tertib pertama berlaku - kekisi disusun semula menjadi satu kubik. Kristal itu sendiri adalah semikonduktor, tetapi apabila logam alkali ditambah kepada filem kristal C 60, superkonduktiviti berlaku pada suhu 19 K. Jika satu atau atom lain dimasukkan ke dalam molekul berongga ini, ia boleh digunakan sebagai asas untuk mencipta medium storan dengan super ketumpatan tinggi maklumat: ketumpatan rakaman akan mencapai 4-10 12 bit/cm 2 . Sebagai perbandingan, filem bahan feromagnetik memberikan ketumpatan rakaman tertib 10 7 bit/cm 2, dan cakera optik, i.e. teknologi laser, - 10 8 bit/cm 2. Karbon ini juga mempunyai yang lain sifat unik, terutamanya penting dalam perubatan dan farmakologi.

Menzahirkan dirinya dalam kristal logam sambungan logam, apabila semua atom dalam logam melepaskan elektron valens mereka "untuk kegunaan kolektif." Mereka terikat lemah pada rangka atom dan boleh bergerak bebas di sepanjang kekisi kristal. Kira-kira 2/5 daripada unsur kimia adalah logam. Dalam logam (kecuali merkuri), ikatan terbentuk apabila orbital kosong atom logam bertindih dan elektron dikeluarkan akibat pembentukan kekisi kristal. Ternyata kation kekisi diselubungi gas elektron. Ikatan logam berlaku apabila atom berkumpul pada jarak yang lebih kecil daripada saiz awan elektron luar. Dengan konfigurasi ini (prinsip Pauli), tenaga elektron luar meningkat, dan nukleus jiran mula menarik elektron luar ini, mengaburkan awan elektron, mengedarkannya secara merata ke seluruh logam dan mengubahnya menjadi gas elektron. Ini adalah bagaimana elektron pengaliran timbul, yang menerangkan kekonduksian elektrik logam yang tinggi. Dalam kristal ionik dan kovalen, elektron luar terikat secara praktikal, dan kekonduksian pepejal ini sangat kecil, ia dipanggil penebat.

Tenaga dalaman cecair ditentukan oleh jumlah tenaga dalaman subsistem makroskopik yang mana ia boleh dibahagikan secara mental, dan tenaga interaksi subsistem ini. Interaksi dilakukan melalui daya molekul dengan jejari tindakan urutan 10 -9 m Untuk makrosistem, tenaga interaksi adalah berkadar dengan kawasan sentuhan, jadi ia adalah kecil, seperti pecahan lapisan permukaan, tetapi ini. tidak perlu. Ia dipanggil tenaga permukaan dan perlu diambil kira dalam masalah yang melibatkan ketegangan permukaan. Biasanya, cecair menduduki isipadu yang lebih besar dengan berat yang sama, iaitu, ia mempunyai ketumpatan yang lebih rendah. Tetapi mengapa isipadu ais dan bismut berkurangan semasa lebur dan, walaupun selepas takat lebur, mengekalkan trend ini untuk beberapa lama? Ternyata bahan-bahan ini dalam keadaan cecair lebih tumpat.

Dalam cecair, setiap atom digerakkan oleh jirannya, dan ia berayun di dalam telaga potensi anisotropik yang mereka cipta. Tidak seperti badan pepejal, lubang ini cetek, kerana jiran yang jauh hampir tidak mempunyai pengaruh. Persekitaran terdekat zarah dalam cecair berubah, iaitu cecair mengalir. Apabila sampai nilai tertentu suhu, cecair akan mendidih semasa mendidih, suhu kekal malar. Tenaga yang masuk dibelanjakan untuk memecahkan ikatan, dan cecair, apabila pecah sepenuhnya, bertukar menjadi gas.

Ketumpatan cecair jauh lebih besar daripada ketumpatan gas pada tekanan dan suhu yang sama. Oleh itu, isipadu air semasa mendidih hanyalah 1/1600 daripada isipadu wap air yang sama. Isipadu cecair bergantung sedikit kepada tekanan dan suhu. Dalam keadaan biasa (20 °C dan tekanan 1.013 10 5 Pa), air menempati isipadu 1 liter. Apabila suhu menurun kepada 10 °C, isipadu berkurangan hanya sebanyak 0.0021, dan apabila tekanan meningkat, isipadu berkurangan sebanyak separuh.

Walaupun belum ada model ideal cecair yang mudah, struktur mikronya telah dikaji dengan secukupnya dan memungkinkan untuk menerangkan secara kualitatif kebanyakan sifat makroskopiknya. Fakta bahawa dalam cecair kohesi molekul lebih lemah daripada dalam badan pepejal telah diperhatikan oleh Galileo; Dia terkejut apabila titisan air yang besar terkumpul pada daun kubis dan tidak merebak ke atas daun. Merkuri yang tertumpah atau titisan air pada permukaan berminyak berbentuk bebola kecil akibat lekatan. Jika molekul satu bahan tertarik kepada molekul bahan lain, kita bercakap tentang membasahkan, contohnya gam dan kayu, minyak dan logam (walaupun tekanan yang besar, minyak dikekalkan dalam galas). Tetapi air naik tiub nipis, dipanggil kapilari, dan meningkat lebih tinggi, semakin nipis tiub. Tidak ada penjelasan lain selain kesan air dan kaca yang membasahi. Daya pembasahan antara kaca dan air lebih besar daripada antara molekul air. Dengan merkuri, kesannya adalah sebaliknya: pembasahan merkuri dan kaca lebih lemah daripada daya lekatan antara atom merkuri. Galileo menyedari bahawa jarum yang dilincirkan dengan lemak boleh terapung di atas air, walaupun ini bercanggah dengan undang-undang Archimedes. Apabila jarum terapung, anda boleh

tetapi perhatikan sedikit pesongan permukaan air, cuba meluruskan, seolah-olah. Daya lekatan antara molekul air adalah mencukupi untuk menghalang jarum daripada jatuh ke dalam air. Lapisan permukaan bagaimana filem melindungi air, ini adalah tegangan permukaan, yang cenderung untuk memberikan bentuk air permukaan terkecil - sfera. Tetapi jarum tidak akan terapung lagi di permukaan alkohol, kerana apabila alkohol ditambah ke dalam air, ketegangan permukaan berkurangan dan jarum tenggelam. Sabun juga mengurangkan ketegangan permukaan, jadi buih sabun panas, menembusi retak dan celah, lebih baik mencuci kotoran, terutamanya yang mengandungi gris, manakala air tulen Ia hanya akan menggulung menjadi titisan.

Plasma ialah keadaan jirim keempat, iaitu gas yang terdiri daripada kumpulan zarah bercas yang berinteraksi dalam jarak yang jauh. Dalam kes ini, bilangan cas positif dan negatif adalah lebih kurang sama, supaya plasma adalah neutral elektrik. Daripada empat unsur, plasma sepadan dengan api. Untuk mengubah gas menjadi keadaan plasma, ia mestilah mengion, mengeluarkan elektron daripada atom. Pengionan boleh dicapai dengan pemanasan, nyahcas elektrik, atau sinaran keras. Jirim di Alam Semesta terutamanya dalam keadaan terion. Dalam bintang, pengionan disebabkan secara terma, dalam nebula jarang dan gas antara bintang - oleh sinaran ultraviolet dari bintang. Matahari kita juga terdiri daripada plasma; sinarannya mengionkan lapisan atas atmosfera bumi, dipanggil ionosfera, kemungkinan komunikasi radio jarak jauh bergantung kepada keadaannya. Dalam keadaan daratan, plasma jarang ditemui - dalam lampu pendarfluor atau dalam arka kimpalan elektrik. Di makmal dan teknologi, plasma paling kerap diperoleh melalui nyahcas elektrik. Secara semula jadi, kilat melakukan ini. Semasa pengionan oleh pelepasan, longsoran elektron berlaku, sama seperti proses tindak balas berantai. Untuk mendapatkan tenaga termonuklear, kaedah suntikan digunakan: ion gas yang dipercepatkan ke kelajuan yang sangat tinggi disuntik ke dalam perangkap magnet, menarik elektron dari persekitaran, membentuk plasma. Pengionan tekanan - gelombang kejutan - juga digunakan. Kaedah pengionan ini berlaku pada bintang super tumpat dan mungkin di teras Bumi.

Sebarang daya yang bertindak ke atas ion dan elektron menyebabkan elektrik. Jika ia tidak dikaitkan dengan medan luar dan tidak tertutup di dalam plasma, ia terpolarisasi. Plasma patuh undang-undang gas, tetapi apabila medan magnet digunakan, yang mengawal pergerakan zarah bercas, ia mempamerkan sifat yang luar biasa untuk gas. Dalam medan magnet yang kuat, zarah mula berputar di sekeliling garis medan, dan ia bergerak bebas di sepanjang medan magnet. Mereka mengatakan bahawa gerakan heliks ini mengalihkan struktur garis medan dan medan "beku" ke dalam plasma. Plasma jarang diterangkan oleh sistem zarah, manakala plasma lebih tumpat diterangkan oleh model cecair.

Kekonduksian elektrik plasma yang tinggi adalah perbezaan utamanya daripada gas. Kekonduksian plasma sejuk permukaan suria (0.8 10 -19 J) mencapai kekonduksian logam, dan pada suhu termonuklear (1.6 10 -15 J) plasma hidrogen mengalirkan arus 20 kali lebih baik daripada kuprum dalam keadaan biasa. Oleh kerana plasma mampu mengalirkan arus, model cecair pengalir sering digunakan padanya. Ia dianggap sebagai medium berterusan, walaupun kebolehmampatannya membezakannya daripada cecair biasa, tetapi perbezaan ini hanya muncul dalam aliran yang kelajuannya lebih besar daripada kelajuan bunyi. Kelakuan bendalir pengalir dikaji dalam sains yang dipanggil hidrodinamik magnetik. Di angkasa, mana-mana plasma adalah konduktor yang ideal, dan undang-undang medan beku mempunyai aplikasi yang luas. Model cecair pengalir membolehkan kita memahami mekanisme kurungan plasma oleh medan magnet. Oleh itu, aliran plasma dipancarkan dari Matahari, menjejaskan atmosfera Bumi. Aliran itu sendiri tidak mempunyai medan magnet, tetapi medan luar tidak boleh menembusi ke dalamnya mengikut hukum pembekuan. Aliran suria plasma menolak medan magnet luar planet keluar dari sekitar Matahari. Rongga magnet muncul di mana medan lebih lemah. Apabila aliran plasma korpuskular ini menghampiri Bumi, ia berlanggar dengan medan magnet Bumi dan terpaksa mengalir di sekelilingnya mengikut undang-undang yang sama. Ia ternyata menjadi sejenis rongga di mana medan magnet terkumpul dan di mana aliran plasma tidak menembusi. Zarah bercas yang dikesan oleh roket dan satelit terkumpul di permukaannya - ini adalah tali pinggang sinaran luar Bumi. Idea ini juga digunakan untuk menyelesaikan masalah kurungan plasma oleh medan magnet dalam peranti khas- tokamak (dari singkatan perkataan: ruang toroidal, magnet). Dengan plasma terion sepenuhnya yang terkandung dalam sistem ini dan sistem lain, harapan diletakkan pada mendapatkan tindak balas termonuklear terkawal di Bumi. Ini akan menyediakan sumber tenaga yang bersih dan murah (air laut). Kerja-kerja juga sedang dijalankan untuk menghasilkan dan mengekalkan plasma menggunakan sinaran laser terfokus.

Pengetahuan yang paling umum adalah tentang tiga keadaan pengagregatan: cecair, pepejal, gas kadang-kadang mereka mengingati plasma, kurang kerap cecair kristal. Kebelakangan ini Senarai 17 fasa jirim, diambil daripada () Stephen Fry yang terkenal, telah beredar di Internet. Oleh itu, kami akan memberitahu anda tentang mereka dengan lebih terperinci, kerana... anda harus tahu lebih sedikit tentang jirim, jika hanya untuk memahami proses yang berlaku di Alam Semesta dengan lebih baik.

Senarai keadaan agregat jirim yang diberikan di bawah meningkat daripada keadaan paling sejuk kepada paling panas, dsb. boleh diteruskan. Pada masa yang sama, perlu difahami bahawa dari keadaan gas (No. 11), yang paling "tidak dimampatkan", ke kedua-dua belah senarai, tahap pemampatan bahan dan tekanannya (dengan beberapa tempahan untuk yang belum dipelajari itu. keadaan hipotetikal sebagai kuantum, rasuk atau simetri lemah) meningkat Selepas teks graf visual peralihan fasa jirim ditunjukkan.

1. Kuantum- keadaan pengagregatan jirim, dicapai apabila suhu turun kepada sifar mutlak, akibatnya ikatan dalaman hilang dan jirim hancur menjadi kuark bebas.

2. kondensat Bose-Einstein- keadaan pengagregatan jirim, asasnya adalah boson, disejukkan kepada suhu yang hampir kepada sifar mutlak (kurang daripada sepersejuta darjah di atas sifar mutlak). Dalam keadaan yang sangat sejuk, bilangan atom yang cukup besar mendapati diri mereka berada dalam keadaan kuantum minimum yang mungkin dan kesan kuantum mula nyata pada tahap makroskopik. Kondensat Bose-Einstein (selalunya dipanggil kondensat Bose, atau ringkasnya "beck") berlaku apabila anda menyejukkan unsur kimia kepada suhu yang sangat rendah (biasanya hanya di atas sifar mutlak, tolak 273 darjah Celsius , adalah suhu teori di mana segala-galanya). berhenti bergerak).
Di sinilah perkara yang pelik mula berlaku kepada bahan tersebut. Proses yang biasanya diperhatikan hanya pada peringkat atom kini berlaku pada skala yang cukup besar untuk diperhatikan dengan mata kasar. Sebagai contoh, jika anda meletakkan "kembali" dalam bikar makmal dan memberikan suhu yang dikehendaki, bahan itu akan mula menjalar ke dinding dan akhirnya keluar dengan sendirinya.
Nampaknya, di sini kita berhadapan dengan percubaan sia-sia oleh bahan untuk menurunkan tenaganya sendiri (yang sudah berada pada tahap paling rendah dari semua tahap yang mungkin).
Memperlahankan atom menggunakan peralatan penyejukan menghasilkan keadaan kuantum tunggal yang dikenali sebagai kondensat Bose, atau Bose-Einstein. Fenomena ini telah diramalkan pada tahun 1925 oleh A. Einstein, sebagai hasil generalisasi kerja S. Bose, di mana mekanik statistik dibina untuk zarah yang terdiri daripada foton tidak berjisim kepada atom berjisim (manuskrip Einstein, dianggap hilang, ditemui di perpustakaan Universiti Leiden pada tahun 2005). Hasil daripada usaha Bose dan Einstein ialah konsep Bose bagi gas yang tertakluk kepada statistik Bose–Einstein, yang menerangkan taburan statistik zarah yang sama dengan putaran integer yang dipanggil boson. Boson, yang merupakan, sebagai contoh, zarah asas individu - foton, dan seluruh atom, boleh berada dalam keadaan kuantum yang sama antara satu sama lain. Einstein mencadangkan bahawa menyejukkan atom boson kepada suhu yang sangat rendah akan menyebabkan mereka berubah (atau, dengan kata lain, terpeluwap) ke dalam keadaan kuantum yang paling rendah. Hasil daripada pemeluwapan sedemikian akan menjadi kemunculan bentuk baru bahan-bahan.
Peralihan ini berlaku di bawah suhu kritikal, iaitu untuk gas tiga dimensi homogen yang terdiri daripada zarah tidak berinteraksi tanpa sebarang darjah kebebasan dalaman.

3. Kondensat fermion- keadaan pengagregatan bahan, serupa dengan sandaran, tetapi berbeza dalam struktur. Apabila mereka menghampiri sifar mutlak, atom berkelakuan berbeza bergantung pada magnitud momentum sudut mereka sendiri (putaran). Boson mempunyai putaran integer, manakala fermion mempunyai putaran yang merupakan gandaan 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Fermion mematuhi prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahawa tiada dua fermion boleh mempunyai keadaan kuantum yang sama. Tiada larangan sedemikian untuk boson, dan oleh itu mereka mempunyai peluang untuk wujud dalam satu keadaan kuantum dan dengan itu membentuk kondensat Bose-Einstein yang dipanggil. Proses pembentukan kondensat ini bertanggungjawab untuk peralihan kepada keadaan superkonduktor.
Elektron mempunyai putaran 1/2 dan oleh itu dikelaskan sebagai fermion. Mereka bergabung menjadi pasangan (dipanggil pasangan Cooper), yang kemudian membentuk kondensat Bose.
Para saintis Amerika telah mencuba untuk mendapatkan sejenis molekul daripada atom fermion dengan penyejukan dalam. Perbezaan daripada molekul sebenar ialah tiada ikatan kimia antara atom - ia hanya bergerak bersama dalam cara yang berkorelasi. Ikatan antara atom ternyata lebih kuat daripada antara elektron dalam pasangan Cooper. Pasangan fermion yang terhasil mempunyai jumlah putaran yang bukan lagi gandaan 1/2, oleh itu, mereka sudah berkelakuan seperti boson dan boleh membentuk kondensat Bose dengan keadaan kuantum tunggal. Semasa eksperimen, gas atom kalium-40 telah disejukkan kepada 300 nanokelvin, manakala gas itu dimasukkan ke dalam perangkap optik yang dipanggil. Kemudian medan magnet luaran digunakan, dengan bantuan yang mungkin untuk mengubah sifat interaksi antara atom - bukannya penolakan yang kuat, tarikan yang kuat mula diperhatikan. Apabila menganalisis pengaruh medan magnet, adalah mungkin untuk mencari nilai di mana atom mula berkelakuan seperti pasangan elektron Cooper. Pada peringkat percubaan seterusnya, saintis menjangkakan untuk mendapatkan kesan superkonduktiviti untuk kondensat fermion.

4. Bahan superfluid- keadaan di mana bahan hampir tidak mempunyai kelikatan, dan semasa aliran ia tidak mengalami geseran dengan permukaan pepejal. Akibat daripada ini adalah, sebagai contoh, kesan yang menarik seperti "merangkak keluar" spontan sepenuhnya dari helium cecair dari kapal di sepanjang dindingnya terhadap daya graviti. Sudah tentu, tidak ada pelanggaran undang-undang pemuliharaan tenaga di sini. Dengan ketiadaan daya geseran, helium hanya bertindak oleh daya graviti, daya interaksi interatomik antara helium dan dinding kapal dan antara atom helium. Jadi, kuasa interaksi antara atom melebihi semua kuasa lain yang digabungkan. Akibatnya, helium cenderung untuk menyebar sebanyak mungkin ke atas semua permukaan yang mungkin, dan oleh itu "mengembara" di sepanjang dinding kapal. Pada tahun 1938, saintis Soviet Pyotr Kapitsa membuktikan bahawa helium boleh wujud dalam keadaan superfluid.
Perlu diingat bahawa banyak sifat luar biasa helium telah diketahui sejak sekian lama. Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, unsur kimia ini telah memanjakan kita dengan kesan yang menarik dan tidak dijangka. Jadi, pada tahun 2004, Moses Chan dan Eun-Syong Kim dari University of Pennsylvania telah menarik minat dunia saintifik dengan pengumuman bahawa mereka telah berjaya memperoleh keadaan helium yang benar-benar baru - pepejal superfluid. Dalam keadaan ini, beberapa atom helium dalam kekisi kristal boleh mengalir di sekeliling yang lain, dan helium boleh mengalir melalui dirinya sendiri. Kesan "superhardness" secara teorinya diramalkan pada tahun 1969. Dan kemudian pada tahun 2004 nampaknya terdapat pengesahan percubaan. Walau bagaimanapun, percubaan yang kemudian dan sangat menarik menunjukkan bahawa tidak semuanya begitu mudah, dan mungkin tafsiran fenomena ini, yang sebelum ini diterima sebagai superfluiditi helium pepejal, adalah tidak betul.
Eksperimen saintis yang diketuai oleh Humphrey Maris dari Universiti Brown di Amerika Syarikat adalah mudah dan elegan. Para saintis meletakkan tabung uji terbalik dalam tangki tertutup yang mengandungi helium cecair. Mereka membekukan sebahagian daripada helium dalam tabung uji dan dalam takungan sedemikian rupa sehingga sempadan antara cecair dan pepejal di dalam tabung uji adalah lebih tinggi daripada di dalam takungan. Dalam erti kata lain, di bahagian atas tabung uji terdapat helium cecair, di bahagian bawah terdapat helium pepejal, ia lancar memasuki fasa pepejal takungan, di atasnya sedikit helium cair dituangkan - lebih rendah daripada cecair aras dalam tabung uji. Jika helium cecair mula bocor melalui helium pepejal, maka perbezaan tahap akan berkurangan, dan kemudian kita boleh bercakap tentang helium superfluid pepejal. Dan pada dasarnya, dalam tiga daripada 13 eksperimen, perbezaan tahap sebenarnya menurun.

5. Bahan superhard- keadaan terkumpul di mana jirim telus dan boleh "mengalir" seperti cecair, tetapi sebenarnya ia tidak mempunyai kelikatan. Cecair sedemikian telah diketahui selama bertahun-tahun ia dipanggil cecair super. Hakikatnya ialah jika cecair super dikacau, ia akan beredar hampir selama-lamanya, manakala cecair biasa akhirnya akan tenang. Dua cecair super pertama dicipta oleh penyelidik menggunakan helium-4 dan helium-3. Mereka disejukkan kepada hampir sifar mutlak - tolak 273 darjah Celsius. Dan dari helium-4, saintis Amerika berjaya memperoleh badan supersolid. Mereka memampatkan helium beku dengan lebih daripada 60 kali tekanan, dan kemudian meletakkan kaca yang diisi dengan bahan itu pada cakera berputar. Pada suhu 0.175 darjah Celcius, cakera tiba-tiba mula berputar lebih bebas, yang dikatakan saintis menunjukkan bahawa helium telah menjadi superbody.

6. Pejal- keadaan pengagregatan bahan, dicirikan oleh kestabilan bentuk dan sifat pergerakan terma atom, yang melakukan getaran kecil di sekitar kedudukan keseimbangan. Keadaan pepejal yang stabil ialah hablur. Terdapat pepejal dengan ikatan ionik, kovalen, logam dan lain-lain jenis ikatan antara atom, yang menentukan kepelbagaian sifat fizikalnya. Sifat elektrik dan beberapa sifat pepejal lain terutamanya ditentukan oleh sifat pergerakan elektron luar atomnya. Berdasarkan sifat elektriknya, pepejal dibahagikan kepada dielektrik, semikonduktor, dan logam berdasarkan sifat magnetnya, pepejal dibahagikan kepada diamagnetik, paramagnet, dan jasad dengan struktur magnet tersusun. Kajian tentang sifat pepejal telah bergabung ke dalam bidang yang besar - fizik keadaan pepejal, yang perkembangannya dirangsang oleh keperluan teknologi.

7. pepejal amorfus- keadaan terkondensasi pengagregatan bahan, dicirikan oleh isotropi sifat fizikal akibat susunan atom dan molekul yang tidak teratur. Dalam pepejal amorfus, atom bergetar di sekitar titik yang terletak secara rawak. Tidak seperti keadaan kristal, peralihan daripada pepejal amorf kepada cecair berlaku secara beransur-ansur. Berada dalam keadaan amorf pelbagai bahan: kaca, damar, plastik, dsb.

8. Kristal cecair ialah keadaan terkumpul khusus bahan di mana ia secara serentak mempamerkan sifat-sifat hablur dan cecair. Perlu diperhatikan dengan segera bahawa tidak semua bahan boleh berada dalam keadaan kristal cecair. Walau bagaimanapun, beberapa bahan organik dengan molekul kompleks boleh membentuk keadaan pengagregatan tertentu - kristal cecair. Keadaan ini berlaku apabila kristal bahan tertentu cair. Apabila mereka cair, fasa kristal cecair terbentuk, yang berbeza daripada cecair biasa. Fasa ini wujud dalam julat dari suhu lebur kristal kepada beberapa suhu yang lebih tinggi, apabila dipanaskan yang mana kristal cecair bertukar menjadi cecair biasa.
Bagaimanakah kristal cecair berbeza daripada cecair dan kristal biasa dan bagaimana ia serupa dengannya? Seperti cecair biasa, kristal cecair mempunyai kecairan dan mengambil bentuk bekas di mana ia diletakkan. Ini adalah bagaimana ia berbeza daripada kristal yang diketahui oleh semua orang. Walau bagaimanapun, walaupun harta ini, yang menyatukannya dengan cecair, ia mempunyai ciri ciri kristal. Ini adalah susunan dalam ruang molekul yang membentuk kristal. Benar, pesanan ini tidak lengkap seperti dalam kristal biasa, tetapi, bagaimanapun, ia memberi kesan ketara kepada sifat kristal cecair, yang membezakannya daripada cecair biasa. Susunan spatial yang tidak lengkap bagi molekul yang membentuk kristal cecair ditunjukkan dalam fakta bahawa dalam kristal cecair tidak ada pesanan lengkap dalam susunan ruang pusat graviti molekul, walaupun mungkin terdapat susunan separa. Ini bermakna mereka tidak mempunyai kekisi kristal yang tegar. Oleh itu, kristal cecair, seperti cecair biasa, mempunyai sifat kecairan.
Sifat mandatori kristal cecair, yang membawa mereka lebih dekat kepada kristal biasa, adalah kehadiran susunan orientasi ruang molekul. Urutan dalam orientasi ini boleh nyata, sebagai contoh, dalam fakta bahawa semua paksi panjang molekul dalam sampel kristal cecair berorientasikan dengan cara yang sama. Molekul ini mesti mempunyai bentuk yang memanjang. Sebagai tambahan kepada susunan paksi molekul yang paling mudah dinamakan, susunan orientasi molekul yang lebih kompleks boleh berlaku dalam kristal cecair.
Bergantung pada jenis susunan paksi molekul, kristal cecair dibahagikan kepada tiga jenis: nematik, smectic dan kolesterik.
Penyelidikan mengenai fizik kristal cecair dan aplikasinya sedang dijalankan secara meluas di semua negara paling maju di dunia. Penyelidikan domestik tertumpu di kedua-dua institusi penyelidikan akademik dan industri dan mempunyai tradisi yang panjang. Kerja-kerja V.K., yang disiapkan pada tahun tiga puluhan di Leningrad, menjadi terkenal dan diiktiraf secara meluas. Fredericks kepada V.N. Tsvetkova. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kajian pesat hablur cecair telah menyaksikan penyelidik domestik turut memberi sumbangan yang besar kepada pembangunan kajian hablur cecair secara amnya dan, khususnya, optik hablur cecair. Oleh itu, karya I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov dan ramai penyelidik Soviet yang lain dikenali secara meluas oleh komuniti saintifik dan berfungsi sebagai asas untuk beberapa aplikasi teknikal yang berkesan bagi kristal cecair.
Kewujudan kristal cecair telah lama wujud iaitu pada tahun 1888 iaitu hampir satu abad yang lalu. Walaupun saintis menemui keadaan jirim ini sebelum 1888, ia ditemui secara rasmi kemudian.
Yang pertama menemui kristal cecair ialah ahli botani Austria Reinitzer. Semasa mengkaji bahan baru kolesterol benzoat yang disintesisnya, dia mendapati bahawa pada suhu 145°C kristal bahan ini cair, membentuk cecair keruh yang menyerakkan cahaya dengan kuat. Apabila pemanasan berterusan, apabila mencapai suhu 179°C, cecair menjadi jernih, iaitu, ia mula bertindak secara optik seperti cecair biasa, contohnya air. Kolesteril benzoat menunjukkan sifat yang tidak dijangka dalam fasa keruh. Memeriksa fasa ini di bawah mikroskop polarisasi, Reinitzer mendapati bahawa ia mempamerkan birefringence. Ini bermakna indeks biasan cahaya, iaitu kelajuan cahaya dalam fasa ini, bergantung kepada polarisasi.

9. Cecair- keadaan pengagregatan bahan, menggabungkan ciri keadaan pepejal (pemuliharaan isipadu, kekuatan tegangan tertentu) dan keadaan gas (kebolehubahan bentuk). Cecair dicirikan oleh susunan jarak pendek dalam susunan zarah (molekul, atom) dan perbezaan kecil dalam tenaga kinetik gerakan terma molekul dan tenaga interaksi potensinya. Pergerakan terma molekul cecair terdiri daripada ayunan di sekitar kedudukan keseimbangan dan lompatan yang agak jarang dari satu kedudukan keseimbangan ke yang lain kecairan cecair dikaitkan dengan ini.

10. Cecair superkritikal(SCF) ialah keadaan terkumpul bahan di mana perbezaan antara fasa cecair dan gas hilang. Mana-mana bahan pada suhu dan tekanan di atas titik kritikal ialah cecair superkritikal. Sifat bahan dalam keadaan superkritikal adalah perantaraan antara sifatnya dalam fasa gas dan cecair. Oleh itu, SCF mempunyai ketumpatan tinggi, dekat dengan cecair, dan kelikatan rendah, seperti gas. Pekali resapan dalam kes ini mempunyai nilai perantaraan antara cecair dan gas. Bahan dalam keadaan superkritikal boleh digunakan sebagai pengganti pelarut organik dalam proses makmal dan industri. Air superkritikal dan karbon dioksida superkritikal telah menerima minat dan pengedaran yang paling besar disebabkan oleh sifat-sifat tertentu.
Salah satu sifat yang paling penting dalam keadaan superkritikal ialah keupayaan untuk melarutkan bahan. Dengan menukar suhu atau tekanan bendalir, anda boleh menukar sifatnya dalam julat yang luas. Oleh itu, adalah mungkin untuk mendapatkan cecair yang sifatnya hampir sama ada cecair atau gas. Oleh itu, keupayaan melarutkan cecair meningkat dengan peningkatan ketumpatan (pada suhu malar). Oleh kerana ketumpatan meningkat dengan peningkatan tekanan, perubahan tekanan boleh mempengaruhi keupayaan melarut cecair (pada suhu malar). Dalam kes suhu, pergantungan sifat bendalir agak lebih kompleks - pada ketumpatan malar, keupayaan melarut cecair juga meningkat, tetapi berhampiran titik kritikal, sedikit peningkatan suhu boleh menyebabkan penurunan mendadak. dalam ketumpatan, dan, dengan itu, keupayaan larut. Cecair superkritikal bercampur antara satu sama lain tanpa had, jadi apabila titik kritikal campuran dicapai, sistem akan sentiasa fasa tunggal. Anggaran suhu kritikal bagi campuran binari boleh dikira sebagai min aritmetik bagi parameter kritikal bahan Tc(campuran) = (pecahan mol A) x TcA + (pecahan mol B) x TcB.

11. Bergas- (Gaz Perancis, dari huru-hara Yunani - huru-hara), keadaan pengagregatan bahan di mana tenaga kinetik pergerakan haba zarahnya (molekul, atom, ion) dengan ketara melebihi tenaga potensi interaksi antara mereka, dan oleh itu zarah-zarah bergerak bebas, secara seragam mengisi tanpa ketiadaan medan luaran keseluruhan isipadu yang disediakan kepadanya.

12. Plasma- (daripada plasma Yunani - terpahat, berbentuk), keadaan jirim yang merupakan gas terion di mana kepekatan cas positif dan negatif adalah sama (quasi-neutrality). Sebahagian besar jirim di Alam Semesta berada dalam keadaan plasma: bintang, nebula galaksi dan medium antara bintang. Dekat Bumi, plasma wujud dalam bentuk angin suria, magnetosfera dan ionosfera. Plasma suhu tinggi (T ~ 106 - 108K) daripada campuran deuterium dan tritium sedang dikaji dengan tujuan untuk melaksanakan pelakuran termonuklear terkawal. Plasma suhu rendah (T Ј 105K) digunakan dalam pelbagai peranti pelepasan gas (laser gas, peranti ion, penjana MHD, plasmatron, enjin plasma, dll.), serta dalam teknologi (lihat Metalurgi Plasma, Penggerudian Plasma, Plasma teknologi).

13. Bahan merosot— ialah peringkat pertengahan antara plasma dan neutronium. Ia diperhatikan dalam kerdil putih dan memainkan peranan penting dalam evolusi bintang. Apabila atom mengalami suhu dan tekanan yang sangat tinggi, ia kehilangan elektronnya (ia menjadi gas elektron). Dalam erti kata lain, mereka terion sepenuhnya (plasma). Tekanan gas tersebut (plasma) ditentukan oleh tekanan elektron. Jika ketumpatan sangat tinggi, semua zarah dipaksa lebih dekat antara satu sama lain. Elektron boleh wujud dalam keadaan dengan tenaga tertentu, dan tiada dua elektron boleh mempunyai tenaga yang sama (melainkan putaran mereka bertentangan). Oleh itu, dalam gas tumpat, semua tahap tenaga yang lebih rendah diisi dengan elektron. Gas sedemikian dipanggil merosot. Dalam keadaan ini, elektron mempamerkan tekanan elektron yang merosot, yang menentang daya graviti.

14. Neutronium- keadaan terkumpul di mana jirim melepasi pada tekanan ultra tinggi, yang masih tidak dapat dicapai dalam makmal, tetapi wujud di dalam bintang neutron. Semasa peralihan kepada keadaan neutron, elektron bahan berinteraksi dengan proton dan bertukar menjadi neutron. Akibatnya, jirim dalam keadaan neutron terdiri sepenuhnya daripada neutron dan mempunyai ketumpatan mengikut susunan nuklear. Suhu bahan tidak boleh terlalu tinggi (dalam setara tenaga, tidak lebih daripada seratus MeV).
Dengan peningkatan suhu yang kuat (beratus-ratus MeV dan ke atas), pelbagai meson mula dilahirkan dan musnah dalam keadaan neutron. Dengan peningkatan suhu selanjutnya, penyahkurungan berlaku, dan bahan itu masuk ke dalam keadaan plasma quark-gluon. Ia tidak lagi terdiri daripada hadron, tetapi sentiasa dilahirkan dan hilang quark dan gluon.

15. Plasma kuark-gluon(kromoplasma) - keadaan pengagregatan jirim dalam fizik bertenaga tinggi dan fizik zarah asas, di mana jirim hadronik berpindah ke keadaan yang serupa dengan keadaan di mana elektron dan ion ditemui dalam plasma biasa.
Biasanya, perkara dalam hadron adalah dalam keadaan yang dipanggil tidak berwarna (“putih”). Iaitu, kuark warna yang berbeza membatalkan satu sama lain. Keadaan yang serupa wujud dalam jirim biasa - apabila semua atom neutral secara elektrik, iaitu,
caj positif di dalamnya dikompensasikan oleh yang negatif. Pada suhu tinggi, pengionan atom boleh berlaku, di mana cas dipisahkan, dan bahan itu menjadi, seperti yang mereka katakan, "kuasi-neutral." Iaitu, keseluruhan awan jirim secara keseluruhan kekal neutral, tetapi zarah individunya tidak lagi neutral. Perkara yang sama, nampaknya, boleh berlaku dengan bahan hadronik - pada tenaga yang sangat tinggi, warna dibebaskan dan menjadikan bahan itu "semu tidak berwarna."
Agaknya, perkara Alam Semesta berada dalam keadaan plasma quark-gluon pada saat-saat pertama selepas Big Bang. Kini plasma quark-gluon boleh dibentuk untuk masa yang singkat semasa perlanggaran zarah dengan tenaga yang sangat tinggi.
Plasma kuark-gluon dihasilkan secara eksperimen di pemecut RHIC di Makmal Kebangsaan Brookhaven pada tahun 2005. Suhu plasma maksimum 4 trilion darjah Celsius diperoleh di sana pada Februari 2010.

16. Bahan pelik- keadaan pengagregatan di mana jirim dimampatkan kepada nilai ketumpatan maksimum; Satu sentimeter padu jirim di negeri ini akan menimbang berbilion tan; di samping itu, ia akan mengubah mana-mana bahan biasa yang bersentuhan dengannya menjadi bentuk "pelik" yang sama dengan pembebasan sejumlah besar tenaga.
Tenaga yang boleh dibebaskan apabila teras bintang bertukar menjadi "bahan pelik" akan membawa kepada letupan "quark nova" yang sangat kuat - dan, menurut Leahy dan Uyed, inilah yang diperhatikan oleh ahli astronomi pada September 2006.
Proses pembentukan bahan ini bermula dengan supernova biasa, di mana bintang besar berubah. Akibat letupan pertama, bintang neutron terbentuk. Tetapi, menurut Leahy dan Uyed, ia tidak bertahan lama - kerana putarannya seolah-olah diperlahankan oleh medan magnetnya sendiri, ia mula mengecut dengan lebih banyak lagi, membentuk gumpalan "bahan pelik", yang membawa kepada genap. lebih berkuasa semasa letupan supernova biasa, pembebasan tenaga - dan lapisan luar jirim bekas bintang neutron, terbang ke ruang sekeliling pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya.

17. Bahan yang sangat simetri- ini adalah bahan yang dimampatkan sehingga mikrozarah di dalamnya berlapis di atas satu sama lain, dan badan itu sendiri runtuh ke dalam lubang hitam. Istilah "simetri" dijelaskan seperti berikut: Mari kita ambil keadaan agregat jirim yang diketahui oleh semua orang dari sekolah - pepejal, cecair, gas. Untuk kepastian, mari kita pertimbangkan kristal tak terhingga yang ideal sebagai pepejal. Terdapat simetri tertentu, yang dipanggil diskret berkenaan dengan pemindahan. Ini bermakna jika anda menggerakkan kekisi kristal dengan jarak yang sama dengan selang antara dua atom, tiada apa yang akan berubah di dalamnya - kristal akan bertepatan dengan dirinya sendiri. Sekiranya kristal cair, maka simetri cecair yang terhasil akan berbeza: ia akan meningkat. Dalam kristal, hanya titik yang jauh antara satu sama lain pada jarak tertentu, nod yang dipanggil kekisi kristal, di mana atom yang sama terletak, adalah setara.
Cecair adalah homogen di seluruh isipadunya, semua titiknya tidak dapat dibezakan antara satu sama lain. Ini bermakna cecair boleh disesarkan oleh mana-mana jarak sewenang-wenangnya (dan bukan hanya beberapa yang diskret, seperti dalam kristal) atau diputar oleh mana-mana sudut sewenang-wenangnya (yang tidak boleh dilakukan dalam kristal sama sekali) dan ia akan bertepatan dengan dirinya sendiri. Darjah simetrinya lebih tinggi. Gas adalah lebih simetri: cecair menduduki isipadu tertentu di dalam vesel dan terdapat asimetri di dalam vesel di mana terdapat cecair dan titik di mana ia tidak. Gas menduduki keseluruhan isipadu yang disediakan kepadanya, dan dalam pengertian ini, semua titiknya tidak dapat dibezakan antara satu sama lain. Namun, di sini adalah lebih tepat untuk bercakap bukan tentang mata, tetapi tentang unsur-unsur kecil, tetapi makroskopik, kerana pada tahap mikroskopik masih terdapat perbezaan. Pada beberapa titik pada masa tertentu terdapat atom atau molekul, manakala pada yang lain tidak ada. Simetri hanya diperhatikan secara purata, sama ada pada beberapa parameter volum makroskopik atau dari semasa ke semasa.
Tetapi masih tiada simetri segera pada tahap mikroskopik. Jika bahan dimampatkan dengan sangat kuat, kepada tekanan yang tidak boleh diterima dalam kehidupan seharian, dimampatkan supaya atom dihancurkan, cangkerangnya menembusi satu sama lain, dan nukleus mula bersentuhan, simetri timbul pada tahap mikroskopik. Semua nukleus adalah sama dan ditekan antara satu sama lain, terdapat bukan sahaja interatomik, tetapi juga jarak internuklear, dan bahan menjadi homogen (bahan aneh).
Tetapi terdapat juga tahap submikroskopik. Nukleus terdiri daripada proton dan neutron yang bergerak di dalam nukleus. Terdapat juga sedikit ruang antara mereka. Jika anda terus memampatkan supaya nukleus dihancurkan, nukleon akan menekan dengan kuat antara satu sama lain. Kemudian, pada tahap submikroskopik, simetri akan muncul, yang tidak wujud walaupun di dalam nukleus biasa.
Daripada apa yang telah dikatakan, seseorang boleh membezakan arah aliran yang sangat pasti: semakin tinggi suhu dan semakin besar tekanan, semakin simetri bahan itu. Berdasarkan pertimbangan ini, bahan yang dimampatkan ke tahap maksimum dipanggil sangat simetri.

18. Jirim simetri yang lemah- keadaan yang bertentangan dengan jirim yang sangat simetri dalam sifatnya, terdapat di Alam Semesta awal pada suhu yang hampir dengan Planck, mungkin 10-12 saat selepas Letupan Besar, apabila kuat, lemah dan daya elektromagnet mewakili satu kuasa besar. Dalam keadaan ini, bahan itu dimampatkan sehingga jisimnya bertukar menjadi tenaga, yang mula mengembang, iaitu, mengembang selama-lamanya. Masih belum mungkin untuk mencapai tenaga untuk mendapatkan kuasa besar secara eksperimen dan memindahkan bahan ke dalam fasa ini di bawah keadaan daratan, walaupun percubaan sedemikian telah dibuat di Large Hadron Collider untuk mengkaji alam semesta awal. Disebabkan ketiadaan interaksi graviti dalam kuasa besar yang membentuk bahan ini, daya besar tidak cukup simetri berbanding dengan daya supersimetri yang mengandungi kesemua 4 jenis interaksi. Oleh itu, keadaan pengagregatan ini menerima nama sedemikian.

19. Bahan sinar- ini, sebenarnya, tidak lagi penting sama sekali, tetapi tenaga dalam bentuk tulennya. Walau bagaimanapun, keadaan hipotesis pengagregatan inilah yang akan diambil oleh badan yang telah mencapai kelajuan cahaya. Ia juga boleh diperolehi dengan memanaskan badan kepada suhu Planck (1032K), iaitu mempercepatkan molekul bahan kepada kelajuan cahaya. Seperti berikut dari teori relativiti, apabila kelajuan mencapai lebih daripada 0.99 s, jisim badan mula berkembang lebih cepat daripada dengan pecutan "biasa" di samping itu, badan memanjang, memanaskan, iaitu, ia mula memancar dalam spektrum inframerah. Apabila melintasi ambang 0.999 s, badan berubah secara radikal dan memulakan peralihan fasa pesat sehingga keadaan sinar. Seperti berikut dari formula Einstein, diambil secara keseluruhannya, jisim bahan akhir yang semakin meningkat terdiri daripada jisim yang dipisahkan daripada badan dalam bentuk sinaran haba, x-ray, optik dan lain-lain, tenaga setiap satunya diterangkan oleh istilah seterusnya dalam formula. Oleh itu, jasad yang menghampiri kelajuan cahaya akan mula memancarkan dalam semua spektrum, membesar panjang dan perlahan dalam masa, menipis ke panjang Planck, iaitu apabila mencapai kelajuan c, jasad akan berubah menjadi panjang tidak terhingga dan rasuk nipis, bergerak pada kelajuan cahaya dan terdiri daripada foton yang tidak mempunyai panjang, dan jisim tak terhingganya akan ditukar sepenuhnya kepada tenaga. Oleh itu, bahan sedemikian dipanggil sinar.

“Alkohol” Dari sejarah  Tahukah anda bahawa pada abad ke-4. BC e. adakah orang tahu cara membuat minuman yang mengandungi etil alkohol? Wain dihasilkan dengan menapai jus buah dan beri. Walau bagaimanapun, mereka belajar untuk mengekstrak komponen memabukkan daripadanya kemudian. Pada abad ke-11 ahli alkimia menangkap wap bahan meruap yang dibebaskan apabila wain dipanaskan Definisi Alkohol (alkohol usang) ialah sebatian organik yang mengandungi satu atau lebih kumpulan hidroksil (hidroksil, OH) yang terikat terus kepada atom karbon dalam radikal hidrokarbon  Formula umum bagi alkohol ialah CxHy(OH) n Formula am alkohol tepu monohidrik CnH2n+1OH Pengelasan alkohol Mengikut bilangan kumpulan hidroksil CxHy(OH)n Alkohol monohidrik CH3 - CH2 - CH2 OH Glikol dihidrik CH3 - CH - CH2 OH OH gliserol triatomik CH2 - CH - CH2 OH OH OH Pengelasan alkohol Mengikut sifat radikal hidrokarbon hidrokarbon radikal CxHy(OH)n CxHy(OH)n Had Had CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Tak Tepu Tak Tepu CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Aromatik Aromatik CH CH2 OH 2 --OH Nomenklatur alkohol Lihat jadual dan buat kesimpulan tentang tatanama alkohol NOMENKLTUR DAN KEISOMERITIan Apabila membentuk nama alkohol, a (generik ) akhiran ditambahkan pada nama hidrokarbon yang sepadan dengan alkohol. Nombor selepas akhiran menunjukkan kedudukan kumpulan hidroksil dalam rantai utama: H | H- C – O H | H metanol H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H propanol-1 H H H | 1 | 2 |3 H - C – C – C -H | | | H OH H propanol -2 JENIS KEISOMERITI 1. Isomerisme kedudukan kumpulan berfungsi (propanol–1 dan propanol–2) 2. Isomerisme rangka karbon CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanol-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-metilpropanol-1 3. Isomerisme antara kelas - alkohol adalah isomer kepada eter: CH3-CH2-OH etanol CH3-O-CH3 dimetil eter Kesimpulan  Nama-nama alkohol monohidrik terbentuk daripada nama hidrokarbon dengan rantai karbon terpanjang. mengandungi kumpulan hidroksil dengan menambahkan akhiran -ol  Untuk alkohol polihidrik, sebelum akhiran -ol dalam bahasa Yunani (-di-, -tri-, ...) bilangan kumpulan hidroksil ditunjukkan  Contohnya: CH3-CH2-OH etanol Jenis isomerisme alkohol Struktur 1. Rantai karbon 2. Kedudukan kumpulan berfungsi SIFAT FIZIKAL  Alkohol rendah (C1-C11) ialah cecair meruap dengan bau pedas  Alkohol yang lebih tinggi (C12- dan lebih tinggi) ialah pepejal dengan bau yang menyenangkan. SIFAT FIZIKAL Nama Formula Pl. g/cm3 tpl.C tboil.C Metil CH3OH 0.792 -97 64 Etil C2H5OH 0.790 -114 78 Propil CH3CH2CH2OH 0.804 -120 92 Isopropil CH3-CH8(OH)-CH3 810 -90 118 Ciri-ciri sifat fizikal: keadaan pengagregatan Metil alkohol (wakil pertama siri homolog alkohol) – cecair. Mungkin ia mempunyai berat molekul yang tinggi? Tidak. Lebih kurang daripada karbon dioksida. Kemudian apa itu? R – O … H – O …H – O H R R Nampaknya ia adalah mengenai ikatan hidrogen yang terbentuk antara molekul alkohol dan menghalang molekul individu daripada terbang. Ciri sifat fizikal: keterlarutan dalam air Alkohol yang lebih rendah larut dalam air, lebih tinggi alkohol tidak larut. kenapa? CH3 – O…H – O…N – O N H CH3 Bagaimana jika radikalnya besar? CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – O ... H – O H H Ikatan hidrogen terlalu lemah untuk memegang molekul alkohol, yang mempunyai bahagian tidak larut yang besar, antara molekul air Ciri sifat fizikal: penguncupan Mengapa isipadu tidak pernah digunakan apabila menyelesaikan masalah pengiraan tetapi hanya dengan jisim? Campurkan 500 ml alkohol dan 500 ml air. Kami mendapat 930 ml larutan. Ikatan hidrogen antara molekul alkohol dan air sangat kuat sehingga jumlah isipadu larutan berkurangan, "mampatannya" (dari bahasa Latin contracttio - mampatan). Wakil tertentu alkohol Alkohol monohidrik - metanol  Cecair tidak berwarna dengan takat didih 64C, bau ciri Lebih ringan daripada air. Terbakar dengan nyalaan yang tidak berwarna.  Digunakan sebagai pelarut dan bahan api dalam enjin pembakaran dalaman Metanol adalah racun  Kesan toksik metanol adalah berdasarkan kerosakan pada sistem saraf dan vaskular. Pengambilan 5-10 ml metanol membawa kepada keracunan teruk, dan 30 ml atau lebih membawa kepada kematian alkohol monohidrik - etanol Cecair tidak berwarna dengan ciri bau dan rasa terbakar, takat didih 78C. Lebih ringan daripada air. Bercampur dengan dia dalam apa jua hubungan. Mudah mudah terbakar, terbakar dengan nyalaan kebiruan yang bercahaya lemah. Persahabatan dengan polis trafik Adakah alkohol berkawan dengan polis trafik? Tetapi bagaimana! Pernahkah anda dihalang oleh inspektor polis trafik? Adakah anda pernah bernafas ke dalam tiub? Jika anda tidak bernasib baik, maka tindak balas pengoksidaan alkohol berlaku, di mana warna berubah, dan anda perlu membayar soalan yang menarik. Alkohol ialah xenobiotik - bahan yang tidak terdapat di dalamnya badan manusia, tetapi menjejaskan hidupnya. Ia semua bergantung kepada dos. 1. Alkohol adalah nutrien, yang membekalkan badan dengan tenaga. Pada Zaman Pertengahan, badan menerima kira-kira 25% tenaga melalui penggunaan alkohol; 2. Alkohol adalah ubat , yang mempunyai kesan disinfektan dan antibakteria; 3. Alkohol ialah racun yang mengganggu proses biologi semulajadi, memusnahkan organ dalaman dan jiwa dan, jika diambil secara berlebihan, membawa kepada kematian Penggunaan etanol  Etil alkohol digunakan dalam penyediaan pelbagai minuman beralkohol;  Dalam perubatan untuk penyediaan ekstrak daripada tumbuhan ubatan, serta untuk pembasmian kuman;  Dalam kosmetik dan minyak wangi, etanol ialah pelarut untuk minyak wangi dan losyen Kesan berbahaya etanol  Pada permulaan mabuk, struktur korteks serebrum mengalami; aktiviti pusat otak yang mengawal tingkah laku ditindas: kawalan rasional terhadap tindakan hilang, dan sikap kritis terhadap diri sendiri berkurangan. I. P. Pavlov memanggil keadaan ini sebagai "rusuhan subkorteks"  Dengan kandungan alkohol yang sangat tinggi dalam darah, aktiviti pusat motor otak dihalang, fungsi otak kecil terjejas terutamanya - orang itu kehilangan orientasi sepenuhnya Memudaratkan kesan etanol  Perubahan dalam struktur otak yang disebabkan oleh mabuk alkohol selama bertahun-tahun, hampir tidak dapat dipulihkan, dan walaupun selepas pantang minum alkohol yang berpanjangan, ia berterusan. Jika seseorang tidak boleh berhenti, maka penyimpangan organik dan, oleh itu, mental daripada norma meningkat Kesan berbahaya etanol  Alkohol mempunyai kesan yang sangat buruk pada saluran darah otak. Pada permulaan mabuk, mereka berkembang, aliran darah di dalamnya melambatkan, yang membawa kepada kesesakan di otak. Kemudian, apabila sebagai tambahan kepada alkohol, produk berbahaya dari pecahannya yang tidak lengkap mula terkumpul dalam darah, kekejangan tajam berlaku, vasokonstriksi berlaku, dan komplikasi berbahaya berkembang, seperti strok serebrum, yang membawa kepada kecacatan yang teruk dan juga kematian. SOALAN UNTUK SEMAKAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Satu bekas tanpa label mengandungi air, dan satu lagi mengandungi alkohol. Adakah mungkin menggunakan penunjuk untuk mengenalinya? Siapa yang memiliki kehormatan untuk mendapatkan alkohol tulen? Bolehkah alkohol menjadi pepejal? Berat molekul metanol ialah 32, dan karbon dioksida ialah 44. Buat kesimpulan tentang keadaan pengagregatan alkohol. Campurkan satu liter alkohol dan satu liter air. Tentukan isipadu campuran. Bagaimana hendak menipu inspektor polis trafik? Bolehkah alkohol mutlak kontang mengeluarkan air? Apakah xenobiotik dan bagaimana ia berkaitan dengan alkohol? JAWAPAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Mustahil. Penunjuk tidak menjejaskan alkohol dan larutan berairnya. Sudah tentu, ahli alkimia. Mungkin jika alkohol ini mengandungi 12 atom karbon atau lebih. Tiada kesimpulan boleh dibuat daripada data ini. Ikatan hidrogen antara molekul alkohol, memandangkan berat molekul rendah molekul ini, menjadikan takat didih alkohol tinggi secara luar biasa. Isipadu campuran tidak akan menjadi dua liter, tetapi jauh lebih kecil, kira-kira 1 liter - 860 ml. Jangan minum semasa memandu. Mungkin jika anda panaskan dan tambah conc. asid sulfurik. Jangan malas dan ingat semua yang anda dengar tentang alkohol, tentukan sendiri sekali dan untuk semua dos anda……. dan adakah ia diperlukan sama sekali????? Alkohol polihidrik etilena glikol  Etilena glikol ialah wakil alkohol dihidrik tepu - glikol;  Nama glikol diberikan kerana rasa manis banyak wakil siri (Greek "glycos" - manis);  Etilena glikol ialah cecair sirap dengan rasa manis, tidak berbau, dan beracun. Bercampur baik dengan air dan alkohol, higroskopik Penggunaan etilena glikol  Sifat penting etilena glikol ialah keupayaan untuk menurunkan takat beku air, itulah sebabnya bahan itu digunakan secara meluas sebagai komponen antibeku dan cecair antibeku kereta;  Ia digunakan untuk menghasilkan lavsan (serat sintetik yang berharga) Etilena glikol adalah racun  Dos yang menyebabkan keracunan etilena glikol maut berbeza-beza secara meluas - dari 100 hingga 600 ml. Menurut beberapa pengarang, dos maut untuk manusia ialah 50-150 ml. Kadar kematian akibat etilena glikol adalah sangat tinggi dan menyumbang lebih daripada 60% daripada semua kes keracunan;  Mekanisme kesan toksik etilena glikol belum cukup dikaji sehingga kini. Etilena glikol cepat diserap (termasuk melalui liang kulit) dan beredar dalam darah tidak berubah selama beberapa jam, mencapai kepekatan maksimum selepas 2-5 jam. Kemudian kandungannya dalam darah secara beransur-ansur berkurangan, dan ia tetap dalam tisu Polihidrik alkohol gliserin  Gliserin ialah alkohol tepu trihidrik. Cecair tidak berwarna, likat, higroskopik, rasa manis. Bercampur dengan air dalam sebarang nisbah, pelarut yang baik. Bertindak balas dengan asid nitrik untuk membentuk nitrogliserin. Dengan asid karboksilik ia membentuk lemak dan minyak CH2 – CH – CH2 OH OH OH Aplikasi gliserin  Digunakan dalam     pengeluaran bahan letupan nitrogliserin; Apabila memproses kulit; Sebagai komponen beberapa pelekat; Dalam pengeluaran plastik, gliserin digunakan sebagai plasticizer; Dalam pengeluaran gula-gula dan minuman (sebagai bahan tambahan makanan E422) Tindak balas kualitatif terhadap alkohol polihidrat Tindak balas kualitatif terhadap alkohol polihidrik  Tindak balas kepada alkohol polihidrik ialah interaksinya dengan mendakan kuprum (II) hidroksida yang baru diperoleh, yang larut untuk membentuk penyelesaian biru-ungu terang Tugasan Isi kad kerja untuk pelajaran;  Jawab soalan ujian;  Selesaikan teka silang kata  Lembaran kerja untuk pelajaran “Alkohol”  Formula am alkohol Namakan bahan:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH)  Tulis formula struktur propanol-2  Apakah definisi keatoman alkohol?  Senaraikan aplikasi etanol  Apakah alkohol yang digunakan dalam industri makanan?  Apakah alkohol yang menyebabkan keracunan maut apabila 30 ml masuk ke dalam badan?  Apakah bahan yang digunakan sebagai cecair antibeku?  Bagaimana untuk membezakan alkohol polihidrik daripada alkohol monohidrik? Kaedah penyediaan Makmal  Hidrolisis haloalkana: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Penghidratan alkena: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Penghidrogenan sebatian karbonil Industri  Sintesis metanol daripada gas sintesis CO+2H2 CH3-OH (at tekanan tinggi, suhu tinggi dan mangkin zink oksida)  Penghidratan alkena  Penapaian glukosa: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Sifat kimia I. Tindak balas dengan pemecahan ikatan RO–H  Alkohol bertindak balas dengan logam alkali dan alkali tanah, membentuk seperti garam. sebatian - beralkohol 2CH 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  Interaksi dengan asid organik (tindak balas pengesteran) membawa kepada pembentukan ester. CH COОH + HOC H  CH COОC H (etil asetat (etil asetat)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Tindak balas yang melibatkan pemecahan ikatan R–OH Dengan hidrogen halida: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Tindak balas pengoksidaan Alkohol terbakar: 2С3H7ОH + 9O2  6SO2 + 8H2O Di bawah tindakan agen pengoksidaan:  alkohol primer ditukar kepada aldehid, alkohol sekunder kepada keton IV. Dehidrasi Berlaku apabila dipanaskan dengan reagen penyingkiran air (conc. H2SO4). 1. Dehidrasi intramolekul membawa kepada pembentukan alkena CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. Dehidrasi antara molekul memberikan eter R-OH + H-O–R  R–O–R(eter) + H2O