Faci un dus foarte fierbinte mult timp, oglinda de la baie este acoperita cu abur. Lași o oală cu apă pe fereastră și apoi constati că apa a fiert și oala este arsă. Ai putea crede că apei îi place să se transforme din gaz în lichid, apoi din lichid în gaz. Dar când se întâmplă?
Într-un spațiu ventilat, apa se evaporă treptat la orice temperatură. Dar fierbe doar în anumite condiții. Punctul de fierbere depinde de presiunea deasupra lichidului. La presiunea atmosferică normală, punctul de fierbere va fi de 100 de grade. Odată cu altitudinea, presiunea va scădea în același mod ca și punctul de fierbere. În vârful Mont Blanc, vor fi 85 de grade și nu există nicio modalitate de a face ceai delicios! Dar într-o oală sub presiune, când sună fluierul, temperatura apei este deja de 130 de grade, iar presiunea este de 4 ori mai mare decât presiunea atmosferică. La această temperatură mâncarea se gătește mai repede și aromele nu scapă cu tipul pentru că robinetul este închis.
Modificarea stării de agregare a unei substanțe cu modificări de temperatură.
Orice lichid se poate transforma în stare gazoasă dacă este suficient de încălzit, iar orice gaz în stare lichidă dacă este răcit. Prin urmare, butanul, care este folosit în sobele cu gaz și la țară, este depozitat în butelii închise. Este lichid și sub presiune, ca într-o oală sub presiune. Și în aer liber la o temperatură chiar sub 0 grade, metanul fierbe și se evaporă foarte repede. Metanul lichefiat este depozitat în rezervoare uriașe - rezervoare. La presiunea atmosferică normală, metanul fierbe la o temperatură de 160 de grade sub zero. Pentru a preveni scăparea gazului în timpul transportului, rezervoarele sunt atinse cu grijă ca niște termosuri.
Modificarea stării de agregare a unei substanțe cu modificarea presiunii.
Între starea lichidă și gazoasă a materiei există o dependență de temperatură și presiune. Deoarece materia în stare lichidă este mai saturată decât în stare gazoasă, s-ar putea crede că dacă presiunea crește, gazul se va transforma imediat într-un lichid. Dar nu este. Cu toate acestea, dacă începeți să comprimați aerul cu o pompă de bicicletă, veți constata că se încălzește. Acumulează energia pe care o transferi prin apăsarea pe piston. Un gaz poate fi transformat în lichid prin compresie numai dacă este răcit simultan. În schimb, lichidele au nevoie de căldură pentru a se transforma în gaze. De aceea, alcoolul sau eterul care se evaporă ia căldură din corpul nostru, creează o senzație de frig pe piele. Evaporarea apei de mare sub influența vântului răcește suprafața apei, iar transpirația răcește corpul.
sisteme monofazate formate din două sau mai multe componente. După starea lor de agregare, soluțiile pot fi solide, lichide sau gazoase. Astfel, aerul este o soluție gazoasă, un amestec omogen de gaze; vodcă- soluție lichidă, un amestec de mai multe substanțe care formează o fază lichidă; apa de mare- soluție lichidă, un amestec de substanțe solide (sare) și lichide (apă) formând o singură fază lichidă; alamă- soluție solidă, un amestec de două solide (cupru și zinc) formând o fază solidă. Un amestec de benzină și apă nu este o soluție, deoarece aceste lichide nu se dizolvă unele în altele, rămânând sub forma a două faze lichide cu o interfață. Componentele soluțiilor își păstrează proprietățile unice și nu intră în reacții chimice între ele cu formarea de noi compuși. Deci, la amestecarea a două volume de hidrogen cu un volum de oxigen, se obține o soluție gazoasă. Dacă acest amestec de gaz este aprins, atunci se formează o nouă substanță- apă, care în sine nu este o soluție. Componenta prezentă în soluție într-o cantitate mai mare se numește solvent, componentele rămase- substanțe dizolvate.Cu toate acestea, uneori este dificil de trasat o linie între amestecul fizic al substanțelor și interacțiunea lor chimică. De exemplu, atunci când se amestecă acid clorhidric gazos HCl cu apă
H2O Se formează ionii H 3 O + și Cl - . Ei atrag moleculele de apă învecinate la sine, formând hidrați. Astfel, componentele inițiale - HCl și H 2 O - suferă modificări semnificative după amestecare. Cu toate acestea, ionizarea și hidratarea (în cazul general, solvatarea) sunt considerate procese fizice care au loc în timpul formării soluțiilor.Unul dintre cele mai importante tipuri de amestecuri care reprezintă o fază omogenă sunt soluțiile coloidale: geluri, soluri, emulsii și aerosoli. Dimensiunea particulelor în soluțiile coloidale este de 1-1000 nm, în soluții adevărate
~ 0,1 nm (de ordinul mărimii moleculare).Noțiuni de bază. Două substanțe care se dizolvă una în cealaltă în orice proporție cu formarea de soluții adevărate se numesc complet solubile reciproc. Astfel de substanțe sunt toate gaze, multe lichide (de exemplu, alcool etilic- apa, glicerina - apa, benzen - benzină), unele solide (de exemplu, argint - aur). Pentru a obține soluții solide, este necesar mai întâi să topești materiile prime, apoi să le amesteci și să le lași să se solidifice. Cu solubilitatea lor reciprocă completă, se formează o fază solidă; dacă solubilitatea este parțială, atunci în solidul rezultat rămân cristale mici ale unuia dintre componentele inițiale.Dacă două componente formează o fază atunci când sunt amestecate numai în anumite proporții, iar în alte cazuri apar două faze, atunci ele se numesc parțial solubile reciproc. Astfel, de exemplu, apa și benzenul: soluțiile adevărate se obțin din ele numai prin adăugarea unei cantități mici de apă la un volum mare de benzen sau a unei cantități mici de benzen la un volum mare de apă. Dacă amestecați cantități egale de apă și benzen, atunci se formează un sistem lichid în două faze. Stratul său inferior este apă cu o cantitate mică de benzen, iar cel superior
- benzen cu o cantitate mică de apă. Există și substanțe care nu se dizolvă deloc una în alta, de exemplu, apa și mercurul. Dacă două substanțe sunt doar parțial solubile reciproc, atunci la o anumită temperatură și presiune, există o limită a cantității unei substanțe care poate forma o soluție adevărată cu cealaltă în condiții de echilibru. O soluție cu o concentrație limită a unei substanțe dizolvate se numește saturată. De asemenea, puteți prepara așa-numita soluție suprasaturată, în care concentrația de dizolvat este chiar mai mare decât în cea saturată. Cu toate acestea, soluțiile suprasaturate sunt instabile și, cu cea mai mică modificare a condițiilor, cum ar fi agitarea, particulele de praf sau adăugarea de cristale de dizolvat, un exces de substanță dizolvată precipită.Orice lichid începe să fiarbă la temperatura la care presiunea vaporilor săi saturati atinge valoarea presiunii externe. De exemplu, apa sub o presiune de 101,3 kPa fierbe la 100
° C deoarece la această temperatură presiunea vaporilor de apă este exact 101,3 kPa. Dacă, totuși, o substanță nevolatilă este dizolvată în apă, atunci presiunea sa de vapori va scădea. Pentru a aduce presiunea de vapori a soluției rezultate la 101,3 kPa, trebuie să încălziți soluția peste 100° C. Rezultă că punctul de fierbere al unei soluții este întotdeauna mai mare decât punctul de fierbere al unui solvent pur. Scăderea punctului de îngheț al soluțiilor este explicată în mod similar.Legea lui Raoult. În 1887, fizicianul francez F. Raul, studiind soluțiile diferitelor lichide și solide nevolatile, a stabilit o lege care raportează scăderea presiunii vaporilor asupra soluțiilor diluate de neelectroliți cu concentrație: scăderea relativă a presiunii unui vapor saturat. a unui solvent peste o soluție este egală cu fracția molară a unei substanțe dizolvate. Din legea lui Raoult rezultă că o creștere a punctului de fierbere sau o scădere a punctului de îngheț al unei soluții diluate în comparație cu un solvent pur este proporțională cu concentrația molară (sau fracția molară) a substanței dizolvate și poate fi utilizată pentru determinarea moleculară a acestuia. greutate.O soluție al cărei comportament respectă legea lui Raoult se numește ideală. Cele mai apropiate soluții ideale sunt gazele și lichidele nepolare (ale căror molecule nu își schimbă orientarea într-un câmp electric). În acest caz, căldura de dizolvare este zero, iar proprietățile soluțiilor pot fi prezise direct, cunoscând proprietățile componentelor inițiale și proporțiile în care sunt amestecate. Pentru soluții reale, o astfel de predicție nu poate fi făcută. În timpul formării soluțiilor reale, căldura este de obicei eliberată sau absorbită. Procesele cu degajare de căldură se numesc exoterme, iar cele cu absorbție se numesc endoterme.
Acele caracteristici ale unei soluții care depind în principal de concentrația acesteia (numărul de molecule ale unei substanțe dizolvate pe unitatea de volum sau masă a solventului), și nu de natura substanței dizolvate, se numesc
coligativ . De exemplu, punctul de fierbere al apei pure la presiunea atmosferică normală este 100° C, iar punctul de fierbere al unei soluții care conține 1 mol de substanță dizolvată (nedisociabilă) în 1000 g de apă este deja 100,52° C indiferent de natura acestei substanțe. Dacă substanța se disociază, formând ioni, atunci punctul de fierbere crește proporțional cu creșterea numărului total de particule de substanță dizolvată, care, datorită disocierii, depășește numărul de molecule ale substanței adăugate în soluție. Alte cantități coligative importante sunt punctul de îngheț al soluției, presiunea osmotică și presiunea parțială de vapori a solventului.Concentrația soluției este o valoare care reflectă proporțiile dintre un dizolvat și un solvent. Concepte calitative precum „diluat” și „concentrat” spun doar că soluția conține puțin sau mult dizolvat. Pentru cuantificarea concentrației soluțiilor se folosesc adesea procente (masă sau volum), iar în literatura științifică - numărul de moli sau echivalenți chimici (cm . GREUTATE ECHIVALENTA)dizolvat pe unitate de masă sau volum de solvent sau soluție. Unitățile de concentrare trebuie întotdeauna specificate cu precizie pentru a evita confuzia. Luați în considerare următorul exemplu. O soluție constând din 90 g de apă (volumul său este de 90 ml, deoarece densitatea apei este de 1 g / ml) și 10 g de alcool etilic (volumul său este de 12,6 ml, deoarece densitatea alcoolului este de 0,794 g / ml) , are o masă de 100 g , dar volumul acestei soluții este de 101,6 ml (și ar fi egal cu 102,6 ml dacă, la amestecarea apei și alcoolului, volumele acestora se adună pur și simplu). Concentrația procentuală a unei soluții poate fi calculată în diferite moduri: sau
Cea mai comună unitate este molaritatea, dar trebuie luate în considerare unele ambiguități la calcularea acesteia. De exemplu, pentru a obține o soluție 1M a unei substanțe date, greutatea ei exactă, egală cu molul. masa în grame și aduceți volumul soluției la 1 litru. Cantitatea de apă necesară pentru prepararea acestei soluții poate varia ușor în funcție de temperatură și presiune. Prin urmare, două soluții de un molar preparate în condiții diferite nu au de fapt exact aceeași concentrație. Molalitatea este calculată dintr-o anumită masă de solvent (1000 g), care este independentă de temperatură și presiune. În practica de laborator, este mult mai convenabil să se măsoare anumite volume de lichide (există biurete, pipete, baloane volumetrice pentru aceasta) decât să le cântărești, prin urmare, în literatura științifică, concentrațiile sunt adesea exprimate în moli, iar molalitatea este de obicei folosit doar pentru măsurători foarte precise.
Normalitatea este folosită pentru a simplifica calculele. După cum am spus deja, substanțele interacționează între ele în cantități corespunzătoare echivalentelor lor. După ce au pregătit soluții de substanțe diferite de aceeași normalitate și luând volumele lor egale, putem fi siguri că acestea conțin același număr de echivalenți.
Acolo unde este dificil (sau nu este necesar) să se facă distincția între solvent și dizolvat, concentrația este măsurată în fracții molare. Fracțiile molare, precum molalitatea, nu depind de temperatură și presiune.
Cunoscând densitățile unei substanțe dizolvate și ale unei soluții, se poate transforma o concentrație în alta: molaritate în molalitate, fracție molară și invers. Pentru soluțiile diluate ale unui anumit dizolvat și solvent, aceste trei cantități sunt proporționale între ele.
Solubilitate a unei substanțe date este capacitatea sa de a forma soluții cu alte substanțe. Cantitativ, solubilitatea unui gaz, lichid sau solid este măsurată prin concentrația soluției lor saturate la o temperatură dată. Aceasta este o caracteristică importantă a unei substanțe care ajută la înțelegerea naturii acesteia, precum și la influențarea cursului reacțiilor la care participă această substanță.Gaze. În absența interacțiunii chimice, gazele se amestecă între ele în orice proporție și, în acest caz, nu are sens să vorbim despre saturație. Cu toate acestea, atunci când un gaz se dizolvă într-un lichid, există o anumită concentrație limită care depinde de presiune și temperatură. Solubilitatea gazelor în unele lichide se corelează cu capacitatea lor de a se lichefia. Gazele cel mai ușor lichefiate, cum ar fi NH 3, HCI, S02 , sunt mai solubile decât gazele care sunt greu de lichefiat, cum ar fi O 2, H2 si el. În prezența unei interacțiuni chimice între solvent și gaz (de exemplu, între apă și NH 3 sau HCl) solubilitatea crește. Solubilitatea unui gaz dat variază în funcție de natura solventului, dar ordinea în care gazele sunt aranjate în funcție de creșterea solubilității lor rămâne aproximativ aceeași pentru diferiți solvenți.Procesul de dizolvare se supune principiului lui Le Chatelier (1884): dacă un sistem în echilibru este supus oricărui impact, atunci ca urmare a proceselor care au loc în el, echilibrul se va deplasa în așa direcție încât impactul va scădea. Dizolvarea gazelor în lichide este de obicei însoțită de eliberarea de căldură. În acest caz, în conformitate cu principiul Le Chatelier, solubilitatea gazelor scade. Această scădere este cu atât mai vizibilă, cu atât solubilitatea gazelor este mai mare: astfel de gaze au și b
căldură mai mare de soluție. Gustul „moale” al apei fiarte sau distilate se datorează absenței aerului în ea, deoarece solubilitatea sa la temperaturi ridicate este foarte mică.Odată cu creșterea presiunii, solubilitatea gazelor crește. Conform legii lui Henry (1803), masa unui gaz care se poate dizolva într-un volum dat de lichid la o temperatură constantă este proporțională cu presiunea acestuia. Această proprietate este utilizată pentru prepararea băuturilor carbogazoase. Dioxidul de carbon se dizolvă într-un lichid la o presiune de 3-4 atm.; în aceste condiții, într-un volum dat se poate dizolva de 3-4 ori mai mult gaz (în masă) decât la 1 atm. Când se deschide un recipient cu un astfel de lichid, presiunea din el scade și o parte din gazul dizolvat este eliberat sub formă de bule. Un efect similar se observă la deschiderea unei sticle de șampanie sau atunci când ape subterane, saturate la adâncimi mari cu dioxid de carbon, ies la suprafață.
Când un amestec de gaze este dizolvat într-un lichid, solubilitatea fiecăruia dintre ele rămâne aceeași ca în absența altor componente la aceeași presiune ca în cazul unui amestec (legea lui Dalton).
Lichide. Solubilitatea reciprocă a două lichide este determinată de cât de asemănătoare este structura moleculelor lor („cum se dizolvă asemănător”). Lichidele nepolare, cum ar fi hidrocarburile, se caracterizează prin interacțiuni intermoleculare slabe; prin urmare, moleculele unui lichid pătrund ușor între moleculele altuia, adică. lichidele se amestecă bine. În schimb, lichidele polare și nepolare, cum ar fi apa și hidrocarburile, nu se amestecă bine între ele. Fiecare moleculă de apă trebuie mai întâi să scape din mediul altor molecule similare, care o atrag puternic spre sine, și să pătrundă între moleculele de hidrocarburi, care o atrag slab. Dimpotrivă, moleculele de hidrocarburi, pentru a se dizolva în apă, trebuie să se strecoare între moleculele de apă, depășind puternica lor atracție reciprocă, iar aceasta necesită energie. Pe măsură ce temperatura crește, energia cinetică a moleculelor crește, interacțiunea intermoleculară slăbește și solubilitatea apei și a hidrocarburilor crește. Cu o creștere semnificativă a temperaturii, se poate obține solubilitatea lor reciprocă completă. Această temperatură se numește temperatura critică superioară a soluției (UCST).În unele cazuri, solubilitatea reciprocă a două lichide parțial miscibile crește odată cu scăderea temperaturii. Acest efect se observă atunci când căldura este eliberată în timpul amestecării, de obicei ca rezultat al unei reacții chimice. Cu o scădere semnificativă a temperaturii, dar nu sub punctul de îngheț, este posibil să se atingă temperatura critică de dizolvare inferioară (LCST). Se poate presupune că toate sistemele care au LCTS au și UCTS (nu este necesar invers). Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, unul dintre lichidele miscibile fierbe sub VCTR. Sistemul nicotină-apă are un LCTR de 61
° C, iar VCTR este 208° C. Între 61-208° C aceste lichide sunt solubile limitat, iar în afara acestui interval au o solubilitate reciprocă completă.Solide. Toate solidele prezintă o solubilitate limitată în lichide. Soluțiile lor saturate au o anumită compoziție la o temperatură dată, care depinde de natura solutului și solventului. Deci, solubilitatea clorurii de sodiu în apă este de câteva milioane de ori mai mare decât solubilitatea naftalenei în apă, iar atunci când acestea sunt dizolvate în benzen, se observă imaginea opusă. Acest exemplu ilustrează regula generală că un solid se dizolvă ușor într-un lichid care are proprietăți chimice și fizice similare cu acesta, dar nu se dizolvă într-un lichid cu proprietăți opuse.Sărurile sunt de obicei ușor solubile în apă și mai rău în alți solvenți polari, cum ar fi alcoolul și amoniacul lichid. Cu toate acestea, solubilitatea sărurilor variază și ea semnificativ: de exemplu, azotatul de amoniu are o solubilitate de milioane de ori mai mare în apă decât clorura de argint.
Dizolvarea solidelor în lichide este de obicei însoțită de absorbția de căldură și, conform principiului lui Le Chatelier, solubilitatea lor ar trebui să crească odată cu încălzirea. Acest efect poate fi folosit pentru purificarea substanțelor prin recristalizare. Pentru a face acest lucru, ele sunt dizolvate la temperatură ridicată până când se obține o soluție saturată, apoi soluția este răcită și, după precipitarea substanței dizolvate, este filtrată. Există substanțe (de exemplu, hidroxid de calciu, sulfat și acetat), a căror solubilitate în apă scade odată cu creșterea temperaturii.
Solidele, ca și lichidele, se pot dizolva complet unele în altele, formând un amestec omogen - o adevărată soluție solidă, similară cu o soluție lichidă. Substanțele parțial solubile una în cealaltă formează două soluții solide conjugate la echilibru ale căror compoziții se modifică cu temperatura.
Coeficientul de distribuție. Dacă o soluție a unei substanțe este adăugată unui sistem de echilibru format din două lichide nemiscibile sau parțial miscibile, atunci aceasta este distribuită între lichide într-o anumită proporție, independent de cantitatea totală a substanței, în absența interacțiunilor chimice în sistem. . Această regulă se numește legea distribuției, iar raportul dintre concentrațiile unei substanțe dizolvate în lichide se numește coeficient de distribuție. Coeficientul de distribuție este aproximativ egal cu raportul dintre solubilitatea unei substanțe date în două lichide, adică. substanța este distribuită între lichide în funcție de solubilitatea sa. Această proprietate este utilizată pentru a extrage o anumită substanță din soluția sa într-un solvent folosind un alt solvent. Un alt exemplu de utilizare a acestuia este procesul de extragere a argintului din minereuri, în care este adesea inclus împreună cu plumbul. Pentru a face acest lucru, la minereul topit se adaugă zinc, care nu se amestecă cu plumbul. Argintul este distribuit între plumbul topit și zinc, în principal în stratul superior al acestuia din urmă. Acest strat este colectat și argintul este separat prin distilare cu zinc.Produs de solubilitate (ETC ). Între excesul (precipitarea) de solid M X B y iar soluția sa saturată stabilește un echilibru dinamic descris de ecuațieConstanta de echilibru a acestei reacții este
și se numește produs de solubilitate. Este constantă la temperatură și presiune date și este valoarea de la care se calculează și se modifică solubilitatea precipitatului. Dacă la soluția se adaugă un compus care se disociază în ioni cu același nume ca ionii unei sări puțin solubile, atunci, în conformitate cu expresia pentru PR, solubilitatea sării scade. Când se adaugă un compus care reacționează cu unul dintre ioni, acesta, dimpotrivă, va crește.Despre unele proprietăți ale soluțiilor de compuși ionici Vezi si ELECTROLIȚI.
LITERATURĂŞahparonov M.I. Introducere în teoria moleculară a soluțiilor
. M., 1956 Remy I. Curs de chimie anorganică , tt. 1-2. M., 1963, 1966
Până în prezent, se știe că există peste 3 milioane de substanțe diferite. Și această cifră crește în fiecare an, deoarece chimiștii sintetici și alți oameni de știință fac în mod constant experimente pentru a obține noi compuși care au unele proprietăți utile.
Unele dintre substanțe sunt locuitori naturali care se formează în mod natural. Cealaltă jumătate sunt artificiale și sintetice. Cu toate acestea, atât în primul cât și în cel de-al doilea caz, o parte semnificativă este formată din substanțe gazoase, exemple și caracteristici ale cărora le vom lua în considerare în acest articol.
Stări agregate ale substanțelor
Din secolul al XVII-lea, s-a acceptat în general că toți compușii cunoscuți sunt capabili să existe în trei stări de agregare: substanțe solide, lichide, gazoase. Cu toate acestea, cercetările atente din ultimele decenii în domeniul astronomiei, fizicii, chimiei, biologiei spațiale și altor științe au dovedit că există o altă formă. Aceasta este plasmă.
Ce reprezintă ea? Acest lucru este parțial sau complet Și se dovedește că majoritatea covârșitoare a acestor substanțe din Univers. Deci, în starea de plasmă există:
- materie interstelară;
- materia spatiala;
- straturile superioare ale atmosferei;
- nebuloase;
- compoziția multor planete;
- stele.
Prin urmare, astăzi se spune că există substanțe solide, lichide, gazoase și plasmă. Apropo, fiecare gaz poate fi transferat artificial într-o astfel de stare dacă este supus ionizării, adică forțat să se transforme în ioni.
Substanțe gazoase: exemple
Există multe exemple de substanțe luate în considerare. La urma urmei, gazele sunt cunoscute încă din secolul al XVII-lea, când van Helmont, un naturalist, a obținut pentru prima dată dioxid de carbon și a început să-i studieze proprietățile. Apropo, el a dat și numele acestui grup de compuși, deoarece, în opinia sa, gazele sunt ceva dezordonat, haotic, asociat cu spiritele și ceva invizibil, dar tangibil. Acest nume a prins rădăcini în Rusia.
Este posibil să clasificați toate substanțele gazoase, atunci va fi mai ușor să dați exemple. La urma urmei, este dificil să acoperiți toată diversitatea.
Compoziția se distinge:
- simplu,
- molecule complexe.
Primul grup îi include pe cei care constau din aceiași atomi în orice număr. Exemplu: oxigen - O 2, ozon - O 3, hidrogen - H 2, clor - CL 2, fluor - F 2, azot - N 2 și altele.
- hidrogen sulfurat - H2S;
- acid clorhidric - HCL;
- metan - CH4;
- dioxid de sulf - SO2;
- gaz brun - NO 2;
- freon - CF 2 CL 2;
- amoniac - NH 3 și altele.
Clasificarea substanţelor după natura
De asemenea, puteți clasifica tipurile de substanțe gazoase în funcție de apartenența lumii organice și anorganice. Adica prin natura atomilor constituenti. Gazele organice sunt:
- primii cinci reprezentanți (metan, etan, propan, butan, pentan). Formula generală CnH2n+2;
- etilenă - C2H4;
- acetilenă sau etină - C2H2;
- metilamină - CH 3 NH 2 și altele.
O altă clasificare care poate fi supusa compușilor în cauză este împărțirea pe baza particulelor care alcătuiesc compoziția. Din atomi nu constau toate substanțele gazoase. Exemple de structuri în care sunt prezenți ioni, molecule, fotoni, electroni, particule browniene, plasmă se referă și la compuși într-o astfel de stare de agregare.
Proprietățile gazelor
Caracteristicile substanțelor în starea considerată diferă de cele ale compușilor solizi sau lichizi. Chestia este că proprietățile substanțelor gazoase sunt speciale. Particulele lor sunt ușor și rapid mobile, substanța în ansamblu este izotropă, adică proprietățile nu sunt determinate de direcția de mișcare a structurilor constitutive.
Este posibil să se desemneze cele mai importante proprietăți fizice ale substanțelor gazoase, care le vor distinge de toate celelalte forme ale existenței materiei.
- Acestea sunt conexiuni care nu pot fi văzute și controlate, simțite în moduri umane obișnuite. Pentru a înțelege proprietățile și a identifica un anumit gaz, se bazează pe patru parametri care îi descriu pe toți: presiunea, temperatura, cantitatea de substanță (mol), volumul.
- Spre deosebire de lichide, gazele sunt capabile să ocupe întregul spațiu fără urmă, limitate doar de dimensiunea vasului sau a încăperii.
- Toate gazele sunt ușor de amestecat între ele, în timp ce acești compuși nu au o interfață.
- Există reprezentanți mai ușori și mai grei, așa că sub influența gravitației și a timpului, este posibil să se vadă separarea lor.
- Difuzia este una dintre cele mai importante proprietăți ale acestor compuși. Capacitatea de a pătrunde în alte substanțe și de a le satura din interior, efectuând în același timp mișcări complet dezordonate în structura sa.
- Gazele reale nu pot conduce curentul electric, dar dacă vorbim despre substanțe rarefiate și ionizate, atunci conductivitatea crește dramatic.
- Capacitatea termică și conductibilitatea termică a gazelor este scăzută și variază de la specie la specie.
- Vâscozitatea crește odată cu creșterea presiunii și a temperaturii.
- Există două opțiuni pentru tranziția interfazelor: evaporare - lichidul se transformă în vapori, sublimare - solidul, ocolind lichidul, devine gazos.
O caracteristică distinctivă a vaporilor din gazele adevărate este că primii, în anumite condiții, pot trece într-o fază lichidă sau solidă, în timp ce cei din urmă nu sunt. De asemenea, trebuie remarcată capacitatea compuşilor luaţi în considerare de a rezista la deformare şi de a fi fluidi.
Proprietățile similare ale substanțelor gazoase le permit să fie utilizate pe scară largă în diferite domenii ale științei și tehnologiei, industriei și economiei naționale. În plus, caracteristicile specifice sunt strict individuale pentru fiecare reprezentant. Am luat în considerare doar caracteristicile comune tuturor structurilor reale.
Compresibilitatea
La diferite temperaturi, precum și sub influența presiunii, gazele sunt capabile să se comprima, crescându-și concentrația și reducând volumul ocupat. La temperaturi ridicate se extind, la temperaturi scăzute se contractă.
Se schimbă și presiunea. Densitatea substanțelor gazoase crește și, la atingerea unui punct critic, care este diferit pentru fiecare reprezentant, se poate produce o trecere la o altă stare de agregare.
Principalii oameni de știință care au contribuit la dezvoltarea doctrinei gazelor
Există mulți astfel de oameni, deoarece studiul gazelor este un proces laborios și de lungă durată istorică. Să ne oprim asupra celor mai cunoscute personalități care au reușit să facă cele mai semnificative descoperiri.
- a făcut o descoperire în 1811. Nu contează ce gaze, principalul lucru este că în aceleași condiții sunt conținute într-un volum dintre ele într-o cantitate egală cu numărul de molecule. Există o valoare calculată numită după numele omului de știință. Este egal cu 6,03 * 10 23 de molecule pentru 1 mol de orice gaz.
- Fermi - a creat doctrina unui gaz cuantic ideal.
- Gay-Lussac, Boyle-Marriott - numele oamenilor de știință care au creat ecuațiile cinetice de bază pentru calcule.
- Robert Boyle.
- John Dalton.
- Jacques Charles și mulți alți oameni de știință.
Structura substanțelor gazoase
Cea mai importantă caracteristică în construcția rețelei cristaline a substanțelor luate în considerare este că la nodurile sale există fie atomi, fie molecule care sunt conectate între ele prin legături covalente slabe. Există și forțe van der Waals când vine vorba de ioni, electroni și alte sisteme cuantice.
Prin urmare, principalele tipuri de structuri de zăbrele pentru gaze sunt:
- atomic;
- molecular.
Legăturile din interior se rup ușor, astfel încât acești compuși nu au o formă permanentă, ci umplu întreg volumul spațial. Acest lucru explică, de asemenea, lipsa conductibilității electrice și conductibilitatea termică slabă. Dar izolarea termică a gazelor este bună, deoarece, datorită difuziei, acestea sunt capabile să pătrundă în solide și să ocupe spații de aglomerare libere în interiorul lor. În același timp, aerul nu este trecut, căldura este reținută. Aceasta este baza pentru utilizarea gazelor și solidelor în combinație în scopuri de construcție.
Substanțe simple printre gaze
Ce gaze aparțin acestei categorii din punct de vedere al structurii și structurii, am discutat deja mai sus. Acestea sunt cele care sunt formate din aceiași atomi. Există multe exemple, deoarece o parte semnificativă a nemetalelor din întregul sistem periodic, în condiții normale, există în această stare de agregare. De exemplu:
- fosfor alb - unul dintre acest element;
- azot;
- oxigen;
- fluor;
- clor;
- heliu;
- neon;
- argon;
- cripton;
- xenon.
Moleculele acestor gaze pot fi atât monoatomice (gaze nobile) cât și poliatomice (ozon - O 3). Tipul de legătură este covalent nepolar, în cele mai multe cazuri este destul de slab, dar nu în toate. Rețeaua cristalină de tip molecular, care permite acestor substanțe să treacă ușor de la o stare de agregare la alta. Deci, de exemplu, iod în condiții normale - cristale violet închis cu un luciu metalic. Cu toate acestea, atunci când sunt încălzite, se sublimă în cluburi de gaz violet strălucitor - I 2.
Apropo, orice substanță, inclusiv metalele, în anumite condiții poate exista în stare gazoasă.
Compuși complecși de natură gazoasă
Astfel de gaze, desigur, sunt majoritatea. Diverse combinații de atomi din molecule, uniți prin legături covalente și interacțiuni van der Waals, permit formarea a sute de reprezentanți diferiți ai stării agregate luate în considerare.
Exemple de substanțe precis complexe dintre gaze pot fi toți compușii constând din două sau mai multe elemente diferite. Aceasta poate include:
- propan;
- butan;
- acetilenă;
- amoniac;
- silan;
- fosfină;
- metan;
- disulfură de carbon;
- dioxid de sulf;
- gaz brun;
- freon;
- etilenă și altele.
Rețea cristalină de tip molecular. Mulți dintre reprezentanți se dizolvă ușor în apă, formând acizii corespunzători. Majoritatea acestor compuși reprezintă o parte importantă a sintezelor chimice efectuate în industrie.
Metanul și omologii săi
Uneori, conceptul general de „gaz” denotă un mineral natural, care este un întreg amestec de produse gazoase de natură predominant organică. Conține substanțe precum:
- metan;
- etan;
- propan;
- butan;
- etilenă;
- acetilenă;
- pentan și alții.
În industrie, ele sunt foarte importante, deoarece amestecul propan-butan este gazul menajer pe care oamenii gătesc alimentele, care este folosit ca sursă de energie și căldură.
Multe dintre ele sunt folosite pentru sinteza alcoolilor, aldehidelor, acizilor și a altor substanțe organice. Consumul anual de gaze naturale este estimat la trilioane de metri cubi, iar acest lucru este destul de justificat.
Oxigen și dioxid de carbon
Ce substanțe gazoase pot fi numite cele mai răspândite și cunoscute chiar și elevilor de clasa I? Răspunsul este evident - oxigen și dioxid de carbon. La urma urmei, ei sunt participanții direcți la schimbul de gaze care are loc în toate ființele vii de pe planetă.
Se știe că datorită oxigenului este posibilă viața, deoarece fără el pot exista doar anumite tipuri de bacterii anaerobe. Iar dioxidul de carbon este un produs de „nutriție” necesar pentru toate plantele care îl absorb pentru a desfășura procesul de fotosinteză.
Din punct de vedere chimic, atât oxigenul, cât și dioxidul de carbon sunt substanțe importante pentru sinteza compușilor. Primul este un agent oxidant puternic, al doilea este mai des un agent reducător.
Halogeni
Acesta este un astfel de grup de compuși în care atomii sunt particule dintr-o substanță gazoasă conectate în perechi între ele datorită unei legături covalente nepolare. Cu toate acestea, nu toți halogenii sunt gaze. Bromul este un lichid în condiții obișnuite, în timp ce iodul este un solid foarte sublimabil. Fluorul și clorul sunt substanțe otrăvitoare periculoase pentru sănătatea ființelor vii, care sunt cei mai puternici agenți oxidanți și sunt utilizate pe scară largă în sinteză.
Îmi amintesc cum ne-a fost explicată definiția stării agregate a materiei încă din școala elementară. Profesorul a dat un exemplu bun despre soldatul de tablă și apoi totul a devenit clar pentru toată lumea. Mai jos voi încerca să-mi împrospăt amintirile.
Determinați starea materiei
Ei bine, totul este simplu aici: dacă substanța este luată în mână, poate fi simțită și atunci când o apăsați, își păstrează volumul și forma - aceasta este o stare solidă. În stare lichidă, o substanță nu își păstrează forma, ci își păstrează volumul. De exemplu, într-un pahar este apă, momentan are forma unui pahar. Și dacă este turnat într-o cană, va lua forma unei cani, dar cantitatea de apă în sine nu se va schimba. Aceasta înseamnă că o substanță în stare lichidă își poate schimba forma, dar nu și volumul. În stare gazoasă nu se păstrează nici forma, nici volumul substanței, dar încearcă să umple tot spațiul disponibil.
Și în raport cu masa, merită menționat că zahărul și sarea pot părea substanțe lichide, dar de fapt sunt substanțe libere, întregul lor volum este format din cristale solide mici.
Starile materiei: lichid, solid, gazos
Toate substanțele din lume se află într-o anumită stare: solidă, lichidă sau gazoasă. Și orice substanță poate trece de la o stare la alta. În mod surprinzător, chiar și un soldat de tablă poate fi lichid. Dar pentru aceasta este necesar să se creeze anumite condiții, și anume, să-l așezi într-o cameră foarte, foarte fierbinte, unde tabla se va topi și se va transforma în metal lichid.
Dar cel mai simplu mod de a lua în considerare starea de agregare pe exemplul apei.
- Dacă apa lichidă este înghețată, se va transforma în gheață - aceasta este starea ei solidă.
- Dacă apa lichidă este puternic încălzită, atunci va începe să se evapore - aceasta este starea sa gazoasă.
- Și dacă încălziți gheața, aceasta va începe să se topească și se va transforma din nou în apă - aceasta se numește stare lichidă.
Merită în special subliniat procesul de condensare: dacă concentrați și răciți apa evaporată, atunci starea gazoasă se va transforma într-una solidă - aceasta se numește condensare și așa se formează zăpada în atmosferă.
