Maswali kuhusu hali ya kujumlisha ni nini, vipengele na sifa gani zilizo na vitu viimara, vimiminika na gesi, huzingatiwa katika kozi kadhaa za mafunzo. Kuna hali tatu za classical za suala, na sifa zao za tabia za muundo. Uelewa wao ni jambo muhimu katika kuelewa sayansi ya Dunia, viumbe hai, na shughuli za uzalishaji. Maswali haya yanachunguzwa na fizikia, kemia, jiografia, jiolojia, kemia ya kimwili na taaluma nyingine za kisayansi. Dutu ambazo ziko chini ya hali fulani katika mojawapo ya aina tatu za msingi za serikali zinaweza kubadilika kwa ongezeko au kupungua kwa joto au shinikizo. Zingatia mabadiliko yanayoweza kutokea kutoka hali moja ya kujumlisha hadi nyingine, kama inavyofanywa katika asili, teknolojia na maisha ya kila siku.
Hali ya kujumlisha ikoje?
Neno la asili ya Kilatini "aggrego" lililotafsiriwa kwa Kirusi linamaanisha "ambatisha". Neno la kisayansi linamaanisha hali ya mwili sawa, dutu. Kuwepo kwa viwango fulani vya joto na shinikizo tofauti za vitu vikali,gesi na vinywaji ni tabia ya makombora yote ya Dunia. Mbali na majimbo matatu ya jumla ya msingi, pia kuna ya nne. Kwa joto la juu na shinikizo la mara kwa mara, gesi hugeuka kuwa plasma. Ili kuelewa vyema hali ya mkusanyiko ni nini, ni muhimu kukumbuka chembe ndogo zaidi zinazounda dutu na miili.
Mchoro hapo juu unaonyesha: a - gesi; b - kioevu; c ni mwili imara. Katika takwimu hizo, miduara inaonyesha vipengele vya kimuundo vya vitu. Hii ni ishara, kwa kweli, atomi, molekuli, ions sio mipira imara. Atomu hujumuisha kiini chenye chaji chanya ambacho elektroni zenye chaji hasi husogea kwa kasi ya juu. Ujuzi wa muundo hadubini wa mada husaidia kuelewa vyema tofauti zilizopo kati ya maumbo tofauti ya jumla.
Uwakilishi wa microcosm: kutoka Ugiriki ya Kale hadi karne ya 17
Taarifa ya kwanza kuhusu chembe zinazounda miili halisi ilionekana katika Ugiriki ya kale. Wanafikra Democritus na Epicurus walianzisha dhana kama atomi. Waliamini kuwa chembe hizi ndogo zisizoweza kugawanyika za vitu tofauti zina sura, saizi fulani, zina uwezo wa kusonga na kuingiliana na kila mmoja. Atomitics ikawa mafundisho ya juu zaidi ya Ugiriki ya kale kwa wakati wake. Lakini maendeleo yake yalipungua katika Zama za Kati. Tangu wakati huo wanasayansi waliteswa na Baraza la Kuhukumu Wazushi la Kanisa Katoliki la Roma. Kwa hiyo, hadi nyakati za kisasa, hapakuwa na dhana wazi ya nini hali ya mkusanyiko wa mambo ni. Tu baada ya karne ya 17wanasayansi R. Boyle, M. Lomonosov, D. D alton, A. Lavoisier walitunga masharti ya nadharia ya atomiki-molekuli, ambayo haijapoteza umuhimu wake hata leo.
Atomu, molekuli, ayoni ni chembe ndogo ndogo za muundo wa maada
Mafanikio makubwa katika kuelewa kozimu ndogo yalitokea katika karne ya 20, wakati darubini ya elektroni ilipovumbuliwa. Kwa kuzingatia uvumbuzi uliofanywa na wanasayansi hapo awali, iliwezekana kuweka pamoja picha ya usawa ya ulimwengu mdogo. Nadharia zinazoelezea hali na tabia ya chembe ndogo zaidi za suala ni ngumu sana; ni za uwanja wa fizikia ya quantum. Ili kuelewa sifa za hali tofauti za jumla za maada, inatosha kujua majina na vipengele vya chembe kuu za miundo zinazounda dutu mbalimbali.
- Atomu ni chembe chembe zisizogawanyika kwa kemikali. Imehifadhiwa katika athari za kemikali, lakini kuharibiwa katika nyuklia. Vyuma na vitu vingine vingi vya muundo wa atomiki vina hali dhabiti ya kuunganishwa chini ya hali ya kawaida.
- Molekuli ni chembe chembe zinazovunjwa na kutengenezwa katika mguso wa kemikali. Muundo wa molekuli una oksijeni, maji, dioksidi kaboni, sulfuri. Jumla ya hali ya oksijeni, nitrojeni, dioksidi sulfuri, kaboni, oksijeni katika hali ya kawaida ni gesi.
- Ioni ni chembe za chaji ambazo atomi na molekuli hubadilika kuwa zinapopata au kupoteza elektroni - chembe chembe zenye chaji hasi. Chumvi nyingi zina muundo wa ioni, kwa mfano, chumvi ya meza, chuma na sulfate ya shaba.
Kuna vitu ambavyo chembe zake zimepangwa kwa namna fulani katika nafasi. Nafasi iliyoagizwa ya jamaaatomi, ions, molekuli inaitwa kimiani kioo. Kawaida lati za kioo za ioni na atomiki ni za kawaida kwa vitu vikali, molekuli - kwa vimiminiko na gesi. Diamond ana ugumu wa hali ya juu. Mwani wake wa kioo cha atomiki huundwa na atomi za kaboni. Lakini grafiti laini pia ina atomi za kipengele hiki cha kemikali. Ni wao tu ziko tofauti katika nafasi. Hali ya kawaida ya mkusanyo wa salfa ni dhabiti, lakini kwa joto la juu dutu hii hubadilika kuwa kioevu na wingi wa amofasi.
Vitu vilivyo katika hali thabiti ya mkusanyiko
Miili dhabiti katika hali ya kawaida huhifadhi kiasi na umbo lake. Kwa mfano, nafaka ya mchanga, nafaka ya sukari, chumvi, kipande cha mwamba au chuma. Ikiwa sukari inapokanzwa, dutu hii huanza kuyeyuka, na kugeuka kuwa kioevu cha rangi ya viscous. Acha inapokanzwa - tena tunapata imara. Hii ina maana kwamba moja ya masharti makuu ya mpito wa imara ndani ya kioevu ni inapokanzwa kwake au ongezeko la nishati ya ndani ya chembe za dutu. Hali ngumu ya mkusanyiko wa chumvi, ambayo hutumiwa katika chakula, inaweza pia kubadilishwa. Lakini kuyeyusha chumvi ya meza, unahitaji joto la juu kuliko wakati wa joto la sukari. Ukweli ni kwamba sukari ina molekuli, na chumvi ya meza ina ions za kushtakiwa, ambazo zinavutia zaidi kwa kila mmoja. Yaliyoganda katika umbo la kimiminika hayahifadhi umbo lake kwa sababu mialo ya kioo huvunjika.
Hali ya umajimaji ya mlundikano wa chumvi wakati wa kuyeyuka hufafanuliwa na kukatika kwa dhamana kati ya ayoni katika fuwele. zinatolewachembe chaji zinazoweza kubeba chaji za umeme. Chumvi iliyoyeyuka hufanya umeme na ni makondakta. Katika tasnia ya kemikali, metallurgiska na uhandisi, yabisi hubadilishwa kuwa kioevu kupata misombo mpya kutoka kwao au kuwapa maumbo tofauti. Aloi za chuma hutumiwa sana. Kuna njia kadhaa za kuzipata, zinazohusishwa na mabadiliko katika hali ya ujumlishaji wa malighafi ngumu.
Kioevu ni mojawapo ya hali msingi za kujumlisha
Ukimimina mililita 50 za maji kwenye chupa ya chini ya duara, unaweza kuona kwamba dutu hii mara moja huchukua umbo la chombo cha kemikali. Lakini mara tu tunapomwaga maji kutoka kwenye chupa, kioevu kitaenea mara moja juu ya uso wa meza. Kiasi cha maji kitabaki sawa - 50 ml, na sura yake itabadilika. Vipengele hivi ni tabia ya fomu ya kioevu ya kuwepo kwa suala. Kioevu ni vitu vingi vya kikaboni: alkoholi, mafuta ya mboga, asidi.
Maziwa ni emulsion, yaani kioevu ambacho ndani yake kuna matone ya mafuta. Madini ya kioevu yenye manufaa ni mafuta. Inatolewa kutoka kwa visima kwa kutumia vifaa vya kuchimba visima kwenye ardhi na baharini. Maji ya bahari pia ni malighafi kwa tasnia. Tofauti yake kutoka kwa maji safi ya mito na maziwa iko katika maudhui ya vitu vilivyoharibiwa, hasa chumvi. Wakati wa uvukizi kutoka kwenye uso wa miili ya maji, molekuli H2O pekee hupita kwenye hali ya mvuke, miyeyusho hubakia. Mbinu za kupata vitu muhimu kutoka kwa maji ya bahari na njia za utakaso wake zinatokana na mali hii.
Linikuondolewa kamili ya chumvi, maji distilled hupatikana. Inachemka kwa 100°C na kuganda kwa 0°C. Maji huchemka na kugeuka kuwa barafu kwa joto tofauti. Kwa mfano, maji katika Bahari ya Aktiki huganda kwenye joto la uso la 2°C.
Hali ya jumla ya zebaki katika hali ya kawaida ni kimiminika. Hii chuma-kijivu chuma ni kawaida kujazwa na thermometers matibabu. Inapokanzwa, safu ya zebaki huinuka kwa kiwango, dutu hii huongezeka. Kwa nini vipimajoto vya mitaani vinatumia pombe yenye rangi nyekundu na sio zebaki? Hii inaelezwa na mali ya chuma kioevu. Katika barafu ya digrii 30, hali ya jumla ya zebaki hubadilika, dutu hii inakuwa dhabiti.
Kipimajoto cha matibabu kitapasuka na zebaki kumwagika, ni hatari kuokota mipira ya fedha kwa mikono yako. Inadhuru kuvuta pumzi ya mvuke wa zebaki, dutu hii ni sumu kali. Watoto walio katika hali kama hizi wanapaswa kutafuta msaada kutoka kwa wazazi wao, watu wazima.
Hali ya gesi
Gesi haziwezi kuhifadhi sauti au umbo lake. Jaza chupa juu na oksijeni (fomula yake ya kemikali ni O2). Mara tu tunapofungua chupa, molekuli za dutu zitaanza kuchanganya na hewa ndani ya chumba. Hii ni kutokana na mwendo wa Brownian. Hata mwanasayansi wa zamani wa Uigiriki Democritus aliamini kwamba chembe za vitu ziko kwenye mwendo wa kila wakati. Katika mango, chini ya hali ya kawaida, atomi, molekuli, ions hawana fursa ya kuondoka kwenye kioo cha kioo, ili kujiweka huru kutoka kwa vifungo na chembe nyingine. Hii inawezekana tu wakatikiasi kikubwa cha nishati kutoka nje.
Katika vimiminika, umbali kati ya chembe ni mkubwa kidogo kuliko katika yabisi, zinahitaji nishati kidogo ili kuvunja vifungo vya intermolecular. Kwa mfano, hali ya jumla ya kioevu ya oksijeni huzingatiwa tu wakati joto la gesi linapungua hadi -183 ° C. Katika −223 °C, O2 molekuli huunda kitu kigumu. Wakati joto linapoongezeka juu ya maadili yaliyotolewa, oksijeni hugeuka kuwa gesi. Ni katika fomu hii kwamba ni chini ya hali ya kawaida. Katika makampuni ya viwanda, kuna mitambo maalum ya kutenganisha hewa ya anga na kupata nitrojeni na oksijeni kutoka humo. Kwanza, hewa ni kilichopozwa na kioevu, na kisha joto ni hatua kwa hatua kuongezeka. Nitrojeni na oksijeni hubadilika kuwa gesi katika hali tofauti.
Angahewa ya Dunia ina 21% ya oksijeni na 78% ya nitrojeni kwa ujazo. Katika fomu ya kioevu, vitu hivi hazipatikani katika bahasha ya gesi ya sayari. Oksijeni ya kioevu ina rangi ya samawati na hujazwa kwa shinikizo la juu kwenye mitungi kwa matumizi katika vituo vya matibabu. Katika tasnia na ujenzi, gesi zenye maji ni muhimu kwa michakato mingi. Oksijeni inahitajika kwa kulehemu gesi na kukata metali, katika kemia - kwa athari za oxidation ya vitu vya isokaboni na kikaboni. Ukifungua vali ya silinda ya oksijeni, shinikizo hupungua, kioevu hugeuka kuwa gesi.
Propani iliyoyeyuka, methane na butane hutumika sana katika nishati, usafiri, viwanda na shughuli za nyumbani. Dutu hizi hupatikana kutoka kwa gesi asilia au kwa kupasuka(mgawanyiko) wa mafuta ghafi. Kioevu cha kaboni na mchanganyiko wa gesi huchukua jukumu muhimu katika uchumi wa nchi nyingi. Lakini akiba ya mafuta na gesi asilia imepungua sana. Kulingana na wanasayansi, malighafi hii itaendelea kwa miaka 100-120. Chanzo mbadala cha nishati ni mtiririko wa hewa (upepo). Mito inayotiririka kwa kasi, mawimbi kwenye mwambao wa bahari na bahari hutumika kuendesha mitambo ya kuzalisha umeme.
Oksijeni, kama gesi zingine, inaweza kuwa katika hali ya nne ya muunganisho, ikiwakilisha plasma. Mpito usio wa kawaida kutoka kwa imara hadi hali ya gesi ni kipengele cha sifa ya iodini ya fuwele. Dutu ya zambarau iliyokolea hupitia usablimishaji - hubadilika na kuwa gesi, na kupita hali ya umajimaji.
Je, mabadiliko kutoka kwa aina moja ya maada hadi nyingine hutekelezwaje?
Mabadiliko katika hali ya jumla ya dutu haihusiani na mabadiliko ya kemikali, haya ni matukio halisi. Joto linapoongezeka, vitu vikali vingi huyeyuka na kugeuka kuwa vimiminika. Kuongezeka zaidi kwa joto kunaweza kusababisha uvukizi, yaani, kwa hali ya gesi ya dutu. Kwa asili na uchumi, mabadiliko kama haya ni tabia ya moja ya vitu kuu Duniani. Barafu, kioevu, mvuke ni majimbo ya maji chini ya hali tofauti za nje. Mchanganyiko ni sawa, fomula yake ni H2O. Kwa joto la 0 ° C na chini ya thamani hii, maji huangaza, yaani, inageuka kuwa barafu. Wakati joto linapoongezeka, fuwele zinazosababishwa zinaharibiwa - barafu inayeyuka, maji ya kioevu hupatikana tena. Inapokanzwa, mvuke wa maji huundwa. Uvukizi -mabadiliko ya maji ndani ya gesi - huenda hata kwa joto la chini. Kwa mfano, madimbwi yaliyogandishwa hupotea polepole kwa sababu maji huvukiza. Hata katika hali ya hewa ya baridi, nguo zenye unyevunyevu hukauka, lakini mchakato huu huchukua muda mrefu kuliko siku ya joto.
Mabadiliko yote yaliyoorodheshwa ya maji kutoka hali moja hadi nyingine ni ya umuhimu mkubwa kwa asili ya Dunia. Matukio ya anga, hali ya hewa na hali ya hewa huhusishwa na uvukizi wa maji kutoka kwenye uso wa bahari, uhamisho wa unyevu kwa namna ya mawingu na ukungu kwenye ardhi, mvua (mvua, theluji, mvua ya mawe). Matukio haya yanaunda msingi wa mzunguko wa maji Duniani katika maumbile.
Je, hali ya jumla ya salfa hubadilikaje?
Katika hali ya kawaida, salfa ni fuwele nyangavu zinazong'aa au unga wa manjano isiyokolea, yaani, ni kigumu. Hali ya jumla ya sulfuri hubadilika inapokanzwa. Kwanza, halijoto inapoongezeka hadi 190 ° C, dutu ya manjano huyeyuka na kugeuka kuwa kioevu kinachotembea.
Ukimimina salfa kioevu kwa haraka kwenye maji baridi, utapata misa ya kahawia ya amofasi. Kwa kupokanzwa zaidi kwa kuyeyuka kwa sulfuri, inakuwa zaidi na zaidi ya viscous na giza. Katika joto la juu ya 300 ° C, hali ya mkusanyiko wa sulfuri hubadilika tena, dutu hii hupata mali ya kioevu, inakuwa ya simu. Mabadiliko haya hutokea kutokana na uwezo wa atomi za kipengele kuunda minyororo ya urefu tofauti.
Kwa nini dutu inaweza kuwa katika hali tofauti za kimaumbile?
Hali ya mkusanyo wa salfa - dutu rahisi - ni dhabiti katika hali ya kawaida. Dioksidi ya sulfuri - gesi, asidi ya sulfuriki -kioevu cha mafuta nzito kuliko maji. Tofauti na asidi hidrokloriki na nitriki, sio tete; molekuli hazivuki kutoka kwenye uso wake. Je, hali ya mkusanyiko wa salfa ya plastiki ikoje, ambayo hupatikana kwa fuwele za kupasha joto?
Katika umbo la amofasi, dutu hii ina muundo wa kimiminika, chenye umajimaji kidogo. Lakini sulfuri ya plastiki wakati huo huo huhifadhi sura yake (kama imara). Kuna fuwele za kioevu ambazo zina idadi ya mali ya tabia ya vitu vikali. Kwa hivyo, hali ya maada katika hali tofauti hutegemea asili yake, halijoto, shinikizo na hali nyingine za nje.
Je, ni vipengele vipi katika muundo wa yabisi?
Tofauti zilizopo kati ya hali ya jumla ya maada hufafanuliwa na mwingiliano kati ya atomi, ayoni na molekuli. Kwa mfano, kwa nini hali ya jumla ya maada hupelekea uwezo wa miili kudumisha ujazo na umbo? Katika kimiani ya kioo ya chuma au chumvi, chembe za miundo huvutia kila mmoja. Katika metali, ions chaji chanya huingiliana na kinachojulikana kama "gesi ya elektroni" - mkusanyiko wa elektroni za bure katika kipande cha chuma. Fuwele za chumvi huibuka kwa sababu ya mvuto wa chembe zenye kushtakiwa kinyume - ions. Umbali kati ya vitengo vya kimuundo vilivyo hapo juu vya yabisi ni ndogo sana kuliko saizi ya chembe zenyewe. Katika hali hii, mvuto wa kielektroniki hutenda, huipa nguvu, na msukosuko hauna nguvu ya kutosha.
Ili kuharibu hali dhabiti ya mkusanyiko wa vitu, ni muhimujaribu. Vyuma, chumvi, fuwele za atomiki huyeyuka kwa joto la juu sana. Kwa mfano, chuma huwa kioevu kwenye joto zaidi ya 1538 ° C. Tungsten ni kinzani na hutumiwa kutengeneza nyuzi za incandescent kwa balbu za mwanga. Kuna aloi ambazo huwa kioevu kwenye joto zaidi ya 3000 °C. Miamba na madini mengi Duniani yako katika hali thabiti. Malighafi hii hutolewa kwa msaada wa vifaa katika migodi na machimbo.
Ili kutenganisha hata ayoni moja kutoka kwa fuwele, ni muhimu kutumia kiasi kikubwa cha nishati. Lakini baada ya yote, ni ya kutosha kufuta chumvi ndani ya maji kwa kimiani ya kioo ili kutengana! Jambo hili linaelezewa na mali ya kushangaza ya maji kama kutengenezea polar. H2Molekuli huingiliana na ayoni za chumvi, na kuharibu kifungo cha kemikali kati yake. Kwa hivyo, kuyeyuka si mchanganyiko rahisi wa vitu mbalimbali, bali ni mwingiliano wa kimwili na kemikali kati yao.
Molekuli za vimiminika huingiliana vipi?
Maji yanaweza kuwa kimiminika, gumu na gesi (mvuke). Hizi ni majimbo yake kuu ya mkusanyiko chini ya hali ya kawaida. Molekuli za maji huundwa na atomi moja ya oksijeni na atomi mbili za hidrojeni zilizounganishwa nayo. Kuna polarization ya dhamana ya kemikali katika molekuli, malipo hasi ya sehemu yanaonekana kwenye atomi za oksijeni. Hidrojeni inakuwa nguzo chanya katika molekuli na inavutiwa na atomi ya oksijeni ya molekuli nyingine. Nguvu hii dhaifu inaitwa "hydrogen bond".
Tabia ya hali ya kioevu ya kujumlishaumbali kati ya chembe za miundo kulinganishwa na saizi zao. Kivutio kipo, lakini ni dhaifu, hivyo maji hayahifadhi sura yake. Mvuke hutokea kutokana na uharibifu wa vifungo, ambavyo hutokea kwenye uso wa kioevu hata kwenye joto la kawaida.
Je, mwingiliano kati ya molekuli upo katika gesi?
Hali ya gesi ya maada hutofautiana na kioevu na kigumu katika idadi ya vigezo. Kati ya chembe za miundo ya gesi kuna mapungufu makubwa, makubwa zaidi kuliko ukubwa wa molekuli. Katika kesi hii, nguvu za kivutio hazifanyi kazi kabisa. Hali ya gesi ya mkusanyiko ni tabia ya vitu vilivyopo katika hewa: nitrojeni, oksijeni, dioksidi kaboni. Katika picha hapa chini, mchemraba wa kwanza umejaa gesi, wa pili na kioevu, na wa tatu na kigumu.
Vimiminika vingi ni tete, molekuli za dutu hutengana na uso wake na kupita hewani. Kwa mfano, ikiwa unaleta pamba ya pamba iliyotiwa amonia kwenye ufunguzi wa chupa ya wazi ya asidi hidrokloriki, moshi mweupe huonekana. Haki katika hewa, mmenyuko wa kemikali hutokea kati ya asidi hidrokloric na amonia, kloridi ya amonia hupatikana. Dutu hii iko katika hali gani? Chembe zake, ambazo hutengeneza moshi mweupe, ni fuwele ndogo zaidi za chumvi. Jaribio hili lazima lifanyike chini ya kifuniko cha mafusho, dutu hii ni sumu.
Hitimisho
Hali ya mjumuisho wa gesi ilichunguzwa na wanafizikia na wanakemia wengi mahiri: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac,Klaiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Wanasayansi wameunda sheria zinazoelezea tabia ya vitu vya gesi katika athari za kemikali wakati hali ya nje inabadilika. Kanuni za wazi hazikuingia tu katika vitabu vya shule na chuo kikuu vya fizikia na kemia. Sekta nyingi za kemikali zinatokana na ujuzi kuhusu tabia na sifa za dutu katika hali tofauti za jumla.
