Твердые вещества и жидкости это соединения которые находятся в конденсированной фазе, как в жидкости так и в твердом веществе силы притяжения стремятся сблизить молекулы.
В твердом веществе (кристаллическом) молекулы занимают только определенное положение, которое объясняет его повышенную устойчивость.
В жидкостях молекулы произвольно ориентированы и находятся на неодинаковом расстоянии друг от друга.
Из 118 элементов лишь очень немногие при нормальных условиях температуры и давления представляют собой газы. Большинство элементов при таких условиях существует в твердом состоянии, два — в жидком.
В настоящее время химиками синтезировано более миллиона соединений. Более 99% соединений — твердые или жидкие, и каждое из них обладает характерными свойствами.
Огромное разнообразие этих соединений не вызывает удивления. Но примечательно то, что их можно классифицировать на сравнительно небольшое число типов и что основные сведения обо всех этих соединениях могут быть объяснены на основании простых закономерностей.
При охлаждении газ переходит в жидкое состояние. Дальнейшее охлаждение приводит к затвердеванию. Сжижение аммиака под давлением, конденсация паров воды при охлаждении и превращение воды в лед — все эти примеры нам хорошо знакомы.
Эти изменения называются фазовыми переходами. Рассмотрим в первую очередь переходы жидкость — пар, а затем переходы твердое вещество — жидкость.
Если нагревать емкость с водой, то температура воды повышается. При определенной температуре вода закипает и начинает испаряться.
Температура остается постоянной, пока имеется вода. Дальнейшее нагревание приводит лишь к образованию паров воды. При переходе воды из жидкого состояния в парообразное происходит поглощение энергии, но температура остается постоянной.
Значит, энергия жидкости меньше, чем энергия равного по весу количества пара.
Рассмотрим, сколько энергии требуется для этого фазового перехода.
Н2О (ж) → Н2О (г) (1)
Предположим, нам нужно испарить 1 моль воды, как это записано в уравнении (1). 1 моль воды содержит 6,02•1028 молекул воды, вес которых равен 18,0 г
С помощью калориметра можно измерить количество тепла, необходимого для испарения 1 моля воды. Оно составляет 10 ккал/моль.
Эта величина называется молярной теплотой испарения воды.
Молярная теплота испарения — это количество энергии, которое необходимо затратить для удаления друг от друга 6,02•1023 молекул воды.
При конденсации паров воды выделяется то количество тепла, которое было затрачено при испарении. Следовательно, при конденсации 1 моля паров воды в жидкость при той же температуре выделяется 10ккал тепла. Количество тепла, выделяющегося при конденсации, численно равно молярной теплоте испарения.
Другие фазовые переходы жидкость — пар происходят аналогичным образом; температуры, при которых они осуществляются, изменяются в очень широких пределах.
В табл. 1 приведены температуры кипения и теплоты испарения некоторых жидкостей. Во всех случаях, когда происходит переход из жидкого состояния в газообразное, поглощается тепло.
Это дает возможность предсказывать температуру кипения, теплоту испарения и другие свойства.
Наши знания о свойствах газа помогают понять механизм испарения жидкости. До сих пор мы рассматривали испарение жидкости при температуре ее кипения.
Но жидкости испаряются при всех температурах. Рассмотрим этот процесс тоже на примере с водой.
| Вещество | Фазовый переход (жидкость)→(газ) | Температура кипения | Молярная теплота испарения ккал/моль | |
| °К | °С | |||
| Неон | Ne (ж) → Ne (г) | 27,2 | —245,8 | 0.405 |
| Хлор | Сl2 (ж) → Сl2 (г) | 238.9 | —34,1 | 4.88 |
| Вода | Н2O (ж) → Н2O (г) | 373 | 100 | 9.7 |
| Натрий | Na (ж) →Na (г) | 1162 | 889 | 24.1 |
| Хлористый натрий | NaCl (ж) → NaCl (г) | 1738 | 1465 | 40.8 |
| Медь | Сu (ж) → Сu (г) | 2855 | 2582 | 72.8 |
Если мы поместим некоторое количество воды при 20° С в колбу 1 затем закроем колбу, то часть молекул воды перейдет из жидкой фазы в паровую фазу. Парциальное давление паров воды в колбе будет возрастать, пока не достигнет 17,5 мм ртп. ст.
После этого парциальное давление уже не изменяется. Количество жидкости, перешедшее в паровую фазу, остается постоянным, и парциальное давление паров воды в колбе не меняется (17,5 мм рт. ст.) до тех пор, пока температура равна 20° С.
Это парциальное давление называется давлением пара воды при 20° С.
Вода и пары воды при этом давлении пара могут сосуществовать неопределенно долгое время при 20° С. Давление пара будет равно 17,5 мм рт.ст. независимо от того, присутствует воздух или нет, так как является свойством только воды.
Если из колбы откачать воздух, то жидкость будет испаряться до тех пор, пока давление не возрастет от 0 до 17,5 мм рт. ст.
Если в колбе находился сухой воздух при давлении 750 мм рт. ст., то жидкость будет испаряться, пока давление в колбе не возрастет до 767,5 мм рт.ст.
Когда жидкость находится в контакте со своим паром при давлении этого пара, то говорят, что жидкость и пар находятся в состоянии равновесия. В состоянии равновесия не происходит изменений, поддающихся измерению.
Давление паров воды при 20° С равно 17,5 мм рт. ст., при 40° С— 55,3 ммрт. ст., а при 60° С — 149,4 мм рт. ст. Давление паров воды возрастает с увеличением температуры.
Этиловый спирт при комнатной температуре, как и вода, представляет собой жидкость. При 20° С давление его пара равно 44 мм рт. ст.— больше, чем у воды при той же температуре.
При 40° С давление пара этилового спирта равно 134 мм рт. ст., а при 60° С — 352 мм рт. ст.Мы снова видим, что давление пара быстро возрастает с увеличением температуры. Это наблюдается во всех случаях.
Давление пара любой жидкости возрастает с увеличением температуры.
При любой температуре молекулы могут удаляться с поверхности жидкости (парообразование, или испарение) и переходить в газовую фазу в виде пара.
Когда достигается определенная температура, при которой давление пара над жидкостью становится равным атмосферному давлению, происходит новое явление.
Пузырьки пара образуются по всему объему жидкости. При этой температуре жидкость закипает.
Мы видим, что температура кипения определяется давлением окружающей атмосферы.
Если давление окружающей атмосферы равно 760 мм рт. ст., вода кипит при 100° С. Это именно та температура, при которой давление паров воды равно 760 мм рт. ст.
Обладая более высоким давлением пара по сравнению с водой, этиловый спирт достигает давления пара 760 лш рт. ст. при 78,5° С. При таком давлении окружающей атмосферы этиловый спирт кипит при 78,5° С.
Но предположим, что атмосферное давление понизилось до 750 мм рт. ст. (это наблюдается перед штормом).
Тогда пузырьки паров воды будут образовываться по всему объему жидкости при 99,6° С, так как давление пара воды при этой температуре равно 750 мм рт. ст. Если давление окружающей атмосферы равно 750 мм рт. ст., вода кипит при 99,6° С.
Нормальной температурой кипения жидкости считается температура , при которой давление пара этой жидкости точно равно 1 атм, или 60 мм рт. ст.
Твердые вещества и жидкости называются конденсированными фазами. В конденсированной фазе, как в твердом веществе, так и в жидкости, силы притяжения стремятся тесно сблизить молекулы. В жидкостях молекулы находятся на неодинаковых расстояниях друг от друга и произвольно ориентированы.
В кристаллическом твердом веществе молекулы занимают определенные положения, что обусловливает его повышенную устойчивость по сравнению с жидкостью.
Различие между энергией вещества, находящегося в жидком состоянии, и энергией этого вещества в твердом состоянии обычно намного меньше, чем разность энергий вещества в жидком и парообразном состояниях. Например рассмотрим теплоту плавления 1 моля льда:
Н2О (ж) → Н2О (г)
Тепло, выделяющееся при этом фазовом переходе, составляет 1,44 ккал/моль. Это намного меньше молярной теплоты испарения воды, равной 10 ккал/моль.
В табл. 2 сопоставлены температуры плавления и теплота плавления на 1 моль (молярная теплота плавления) для тех же чистых веществ, которые приведены в табл. 2.
| Вещество | Фазовый переход (твердое вещество) → (жидкость) | Температура плавления | Молярная теплота плавления. /скал/моль | |
| °К | °С | |||
| Неон | Ne (тв) → Ne (ж) | 24,6 | —248,4 | 0,080 |
| Хлор | Сl2 (тв) → Сl2 (ж) | 172 | —101 | 1,53 |
| Вода | Н2O (тв) → Н2O (ж) | 273 | 0 | 1,44 |
| Натрий | Na (тв) → Na (ж) | 371 | 98 | 0,63 |
| Хлористый натрий | NaCl (тв) →NaCl (ж) | 1081 | 808 | 6.8 |
| Медь | Сu (тв) → Сu (ж) | 1356 | 1083 | 3,11 |
Мы видим, что теплоты плавления этих веществ тоже очень сильно различаются.
Молярные теплоты плавления изменяются от 0,080 ккал/моль для неона до 6,8 ккал/моль для хлористого натрия, т. е. в 85 раз.
В молекулах этих веществ действуют различные силы связи. Это влияет не только на температуру и теплоту плавления.
1.
Двенадцать элементов существует при нормальных условиях в газообразном состоянии, в том числе азот, кислород, фтор, гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и хлор. Укажите их место в периодической таблице элементов.
2.
Какое количество тепла затрачивается на испарение 2 молей воды ? 1\2 моля воды?
3.
Чему равна нормальная температура кипения этилового спирта?
4.
Предположим, что закрытая колба, в которую налита вода, соединена с вакуум-насосом, и давление в ней над жидкостью постоянно снижается» Температура воды равна 20° С. При каком давлении вода закипит?
Какие три состояния вещества?
Выделяют три основных агрегатных состояния вещества: газообразное (газ), жидкое и твердое. Одно и тоже вещество (при определенных условиях) может находиться во всех трех агрегатных состояниях.
Какое 4 агрегатное состояние?
Четвёртым агрегатным состоянием вещества часто называют плазму. Плазма является частично или полностью ионизированным газом и в равновесном состоянии обычно возникает при высокой температуре, от нескольких тысяч К и выше.
Сколько состояний вещества существует?
Наверняка со школы всем известно, что бывает 4 агрегатных состояния вещества — твёрдое, жидкое, газообразное и плазма. Последнее известно вам многим, хотя и не все представляют, что это такое.
В каких агрегатных состояниях может находиться одно и тоже вещество?
Вещества могут находиться в трёх основных агрегатных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном. Силы взаимодействия между частицами (атомами, ионами или молекулами), образующими вещество, обусловливают характерные свойства веществ в разных агрегатных состояниях.
Для твёрдых веществ характерно сильное притяжение между образующими их частицами, вследствие чего они сохраняют объём и форму (несжимаемы).
Статья на тему Твердые вещества и жидкости