Cos'è uno stato di aggregazione? Stato aggregato di una sostanza. La struttura delle sostanze nei diversi stati di aggregazione. Come interagiscono le molecole dei liquidi

Tutte le sostanze possono trovarsi in diversi stati di aggregazione: solido, liquido, gassoso e plasma. Nell'antichità si credeva che il mondo fosse costituito da terra, acqua, aria e fuoco. A questa divisione visiva corrispondono gli stati aggregati delle sostanze. L'esperienza mostra che i confini tra gli stati di aggregazione sono molto arbitrari. I gas a bassa pressione e bassa temperatura sono considerati ideali; le molecole in essi contenuti corrispondono a punti materiali che possono scontrarsi solo secondo le leggi dell'impatto elastico. Le forze di interazione tra le molecole al momento dell'impatto sono trascurabili e le collisioni stesse avvengono senza perdita di energia meccanica. Ma man mano che la distanza tra le molecole aumenta, è necessario tenere conto anche dell'interazione delle molecole. Queste interazioni iniziano a influenzare la transizione dallo stato gassoso a quello liquido o solido. Tra le molecole possono verificarsi vari tipi di interazioni.

Le forze dell'interazione intermolecolare non sono saturabili, differiscono dalle forze dell'interazione chimica degli atomi, che portano alla formazione di molecole. Possono essere elettrostatici a causa delle interazioni tra particelle cariche. L'esperienza ha dimostrato che l'interazione quantomeccanica, che dipende dalla distanza e dall'orientamento reciproco delle molecole, è trascurabile a distanze tra le molecole superiori a 10 -9 m Nei gas rarefatti si può trascurare o si può presumere che l'energia potenziale di interazione è praticamente uguale a zero. A brevi distanze questa energia è piccola e agiscono forze di attrazione reciproche

a - repulsione e forza reciproche

l'attrazione e la repulsione delle molecole sono equilibrate e F= 0. Qui le forze sono determinate dalla loro connessione con l'energia potenziale. Ma le particelle si muovono, possedendo una certa riserva di energia cinetica.

già. Lascia che una molecola sia immobile e un'altra si scontri con essa, avendo una tale fornitura di energia. Quando le molecole si avvicinano, le forze attrattive compiono un lavoro positivo e l'energia potenziale della loro interazione diminuisce a distanza. Allo stesso tempo, l'energia cinetica (e la velocità) aumenta. Quando la distanza diminuisce, le forze attrattive verranno sostituite da forze repulsive. Il lavoro svolto dalla molecola contro queste forze è negativo.

La molecola si avvicinerà a una molecola stazionaria finché la sua energia cinetica non sarà completamente convertita in energia potenziale. Distanza minima D, si chiama la distanza alla quale le molecole possono avvicinarsi diametro effettivo della molecola. Dopo l'arresto, la molecola inizierà ad allontanarsi sotto l'influenza di forze repulsive con velocità crescente. Dopo aver superato nuovamente la distanza, la molecola cadrà nella regione delle forze attrattive, che ne rallenteranno l'allontanamento. Il diametro effettivo dipende dalla riserva iniziale di energia cinetica, cioè questo valore non è costante. A parità di distanza, l'energia potenziale di interazione ha un valore infinitamente grande o una “barriera” che impedisce ai centri delle molecole di avvicinarsi a una distanza minore. Il rapporto tra l'energia potenziale media di interazione e l'energia cinetica media determina lo stato di aggregazione di una sostanza: per i gas, per i liquidi, per i solidi

La materia condensata include liquidi e solidi. In essi, atomi e molecole si trovano vicini, quasi a contatto. La distanza media tra i centri delle molecole nei liquidi e nei solidi è dell'ordine di (2 -5) 10 -10 m. Anche le loro densità sono approssimativamente le stesse. Le distanze interatomiche superano le distanze alle quali le nubi elettroniche si compenetrano a tal punto da provocare forze repulsive. Per fare un confronto, nei gas in condizioni normali la distanza media tra le molecole è di circa 33 10 -10 m.

IN liquidi l'interazione intermolecolare ha un effetto più forte, il movimento termico delle molecole si manifesta in deboli vibrazioni attorno alla posizione di equilibrio e salta persino da una posizione all'altra. Pertanto, hanno solo un ordine a corto raggio nella disposizione delle particelle, cioè coerenza nella disposizione solo delle particelle più vicine e fluidità caratteristica.

Solidi Sono caratterizzati da rigidità strutturale, hanno un volume e una forma precisamente definiti, che cambiano molto meno sotto l'influenza della temperatura e della pressione. Nei solidi sono possibili gli stati amorfo e cristallino. Esistono anche sostanze intermedie: cristalli liquidi. Ma gli atomi nei solidi non sono affatto stazionari, come si potrebbe pensare. Ciascuno di essi fluttua continuamente sotto l'influenza delle forze elastiche che si presentano tra i suoi vicini. La maggior parte degli elementi e dei composti hanno una struttura cristallina al microscopio.

Pertanto, i grani di sale da cucina sembrano cubetti perfetti. Nei cristalli, gli atomi sono fissati nei siti del reticolo cristallino e possono vibrare solo vicino ai siti del reticolo. I cristalli costituiscono veri solidi e solidi come plastica o asfalto occupano una posizione intermedia tra solidi e liquidi. Un corpo amorfo, come un liquido, ha un ordine a corto raggio, ma la probabilità di salti è bassa. Pertanto, il vetro può essere considerato un liquido sottoraffreddato con maggiore viscosità. I cristalli liquidi hanno la fluidità dei liquidi, ma mantengono la disposizione ordinata degli atomi e hanno proprietà anisotropie.

I legami chimici degli atomi (e circa) nei cristalli sono gli stessi delle molecole. La struttura e la rigidità dei solidi sono determinate dalle differenze nelle forze elettrostatiche che legano insieme gli atomi che compongono il corpo. Il meccanismo che lega gli atomi nelle molecole può portare alla formazione di strutture periodiche solide che possono essere considerate macromolecole. Come le molecole ioniche e covalenti, esistono cristalli ionici e covalenti. I reticoli ionici nei cristalli sono tenuti insieme da legami ionici (vedi Fig. 7.1). La struttura del sale da cucina è tale che ogni ione sodio ha sei vicini: gli ioni cloro. Questa distribuzione corrisponde ad un'energia minima, cioè quando si forma una tale configurazione, viene rilasciata l'energia massima. Pertanto, quando la temperatura scende al di sotto del punto di fusione, si tende a formare cristalli puri. Quando la temperatura aumenta, l'energia cinetica termica è sufficiente per rompere il legame, il cristallo inizierà a sciogliersi e la struttura inizierà a collassare. Il polimorfismo cristallino è la capacità di formare stati con diverse strutture cristalline.

Quando la distribuzione della carica elettrica negli atomi neutri cambia, possono verificarsi deboli interazioni tra vicini. Questo legame è chiamato molecolare o di van der Waals (come in una molecola di idrogeno). Ma possono verificarsi forze di attrazione elettrostatica anche tra atomi neutri, quindi non si verificano riarrangiamenti nei gusci elettronici degli atomi. La repulsione reciproca quando i gusci elettronici si avvicinano tra loro sposta il centro di gravità delle cariche negative rispetto a quelle positive. Ciascuno degli atomi induce un dipolo elettrico nell'altro e questo porta alla loro attrazione. Questa è l'azione delle forze intermolecolari o forze di van der Waals, che hanno un ampio raggio d'azione.

Poiché un atomo di idrogeno è così piccolo e il suo elettrone può essere facilmente rimosso, è spesso attratto da due atomi contemporaneamente, formando un legame idrogeno. Il legame idrogeno è anche responsabile dell'interazione delle molecole d'acqua tra loro. Spiega molte delle proprietà uniche dell'acqua e del ghiaccio (Fig. 7.4).

Legame covalente(o atomico) si ottiene grazie all'interazione interna di atomi neutri. Un esempio di tale legame è il legame nella molecola del metano. La varietà di carbonio altamente legata è il diamante (quattro atomi di idrogeno sono sostituiti da quattro atomi di carbonio).

Pertanto, il carbonio, costruito su un legame covalente, forma un cristallo a forma di diamante. Ogni atomo è circondato da quattro atomi, formando un tetraedro regolare. Ma ciascuno di essi è anche il vertice del tetraedro vicino. In altre condizioni, gli stessi atomi di carbonio cristallizzano in grafite. Nella grafite sono anch'essi collegati da legami atomici, ma formano piani di celle esagonali a nido d'ape capaci di taglio. La distanza tra gli atomi situati ai vertici degli esaedri è 0,142 nm. Gli strati si trovano ad una distanza di 0,335 nm, cioè sono debolmente legati, quindi la grafite è plastica e morbida (Fig. 7.5). Nel 1990 si verificò un boom della ricerca causato dall'annuncio della scoperta di una nuova sostanza - fullerite, costituito da molecole di carbonio - fullereni. Questa forma di carbonio è molecolare, cioè L'elemento minimo non è un atomo, ma una molecola. Prende il nome dall'architetto R. Fuller, che nel 1954 ricevette un brevetto per la costruzione di strutture composte da esagoni e pentagoni che compongono un emisfero. Molecola da 60 gli atomi di carbonio con un diametro di 0,71 nm furono scoperti nel 1985, poi furono scoperte le molecole, ecc. Avevano tutti superfici stabili,

ma le molecole più stabili erano C 60 e CON 70 . È logico supporre che la grafite venga utilizzata come materiale di partenza per la sintesi dei fullereni. Se è così, il raggio del frammento esagonale dovrebbe essere 0,37 nm. Ma si è rivelato pari a 0,357 nm. Questa differenza del 2% è dovuta al fatto che gli atomi di carbonio si trovano su una superficie sferica ai vertici di 20 esaedri regolari, ereditati dalla grafite, e di 12 pentaedri regolari, cioè Il design ricorda un pallone da calcio. Si scopre che quando "cuciti" in una sfera chiusa, alcuni degli esaedri piatti si sono trasformati in pentaedri. A temperatura ambiente, le molecole di C60 si condensano in una struttura in cui ciascuna molecola ha 12 vicini distanziati di 0,3 nm. A T= 349 K, si verifica una transizione di fase del primo ordine: il reticolo viene riorganizzato in uno cubico. Il cristallo stesso è un semiconduttore, ma quando un metallo alcalino viene aggiunto al film cristallino C 60, la superconduttività si verifica a una temperatura di 19 K. Se uno o l'altro atomo viene introdotto in questa molecola cava, può essere utilizzata come base per creare un supporto di memorizzazione ad altissima densità di informazioni: la densità di registrazione raggiungerà i 4-10 12 bit/cm 2 . Per fare un confronto, una pellicola di materiale ferromagnetico fornisce una densità di registrazione dell'ordine di 10 7 bit/cm 2, mentre i dischi ottici, ad es. tecnologia laser, - 10 8 bit/cm 2. Questo carbonio ha anche altre proprietà uniche, particolarmente importanti in medicina e farmacologia.

Si manifesta in cristalli di metallo connessione metallica, quando tutti gli atomi di un metallo cedono i loro elettroni di valenza “per uso collettivo”. Sono debolmente legati agli scheletri atomici e possono muoversi liberamente lungo il reticolo cristallino. Circa 2/5 degli elementi chimici sono metalli. Nei metalli (eccetto il mercurio), un legame si forma quando gli orbitali vacanti degli atomi metallici si sovrappongono e gli elettroni vengono rimossi a causa della formazione di un reticolo cristallino. Si scopre che i cationi del reticolo sono avvolti nel gas di elettroni. Un legame metallico si verifica quando gli atomi si uniscono a una distanza inferiore alla dimensione della nuvola di elettroni esterni. Con questa configurazione (il principio di Pauli), l'energia degli elettroni esterni aumenta e i nuclei vicini iniziano ad attrarre questi elettroni esterni, offuscando le nuvole di elettroni, distribuendoli uniformemente in tutto il metallo e trasformandoli in un gas di elettroni. In questo modo nascono gli elettroni di conduzione, che spiegano l'elevata conduttività elettrica dei metalli. Nei cristalli ionici e covalenti gli elettroni esterni sono praticamente legati e la conduttività di questi solidi è molto piccola, vengono chiamati isolanti.

L'energia interna dei liquidi è determinata dalla somma delle energie interne dei sottosistemi macroscopici in cui può essere mentalmente suddiviso, e delle energie di interazione di questi sottosistemi. L'interazione avviene attraverso forze molecolari con un raggio d'azione dell'ordine di 10 -9 m. Per i macrosistemi l'energia di interazione è proporzionale all'area di contatto, quindi è piccola, come la frazione dello strato superficiale, ma questa. non è necessario. Si chiama energia superficiale e dovrebbe essere presa in considerazione nei problemi che coinvolgono la tensione superficiale. Tipicamente, i liquidi occupano un volume maggiore a parità di peso, cioè hanno una densità inferiore. Ma perché i volumi di ghiaccio e bismuto diminuiscono durante la fusione e, anche dopo il punto di fusione, mantengono questa tendenza per qualche tempo? Si scopre che queste sostanze allo stato liquido sono più dense.

In un liquido, ogni atomo subisce l'influenza dei suoi vicini e oscilla all'interno del pozzo di potenziale anisotropo da essi creato. A differenza di un corpo solido, questo buco è poco profondo, poiché i vicini lontani non hanno quasi alcuna influenza. L'ambiente immediato delle particelle in un liquido cambia, cioè il liquido scorre. Quando viene raggiunta una certa temperatura, il liquido bolle; durante l'ebollizione la temperatura rimane costante; L'energia in entrata viene spesa per rompere i legami e il liquido, una volta completamente rotto, si trasforma in gas.

Le densità dei liquidi sono molto maggiori delle densità dei gas alle stesse pressioni e temperature. Pertanto, il volume dell'acqua all'ebollizione è solo 1/1600 del volume della stessa massa di vapore acqueo. Il volume del liquido dipende poco dalla pressione e dalla temperatura. In condizioni normali (20 °C e pressione 1.013 10 5 Pa), l'acqua occupa un volume di 1 litro. Quando la temperatura scende a 10 °C, il volume diminuisce solo di 0,0021, mentre quando la pressione aumenta diminuisce della metà.

Sebbene non esista ancora un modello ideale semplice di un liquido, la sua microstruttura è stata sufficientemente studiata e consente di spiegare qualitativamente la maggior parte delle sue proprietà macroscopiche. Il fatto che nei liquidi la coesione delle molecole è più debole che in un corpo solido fu notato da Galileo; È rimasto sorpreso dal fatto che grandi gocce d'acqua si accumulassero sulle foglie di cavolo e non si diffondessero sulla foglia. Il mercurio versato o le gocce d'acqua su una superficie unta assumono la forma di piccole palline a causa dell'adesione. Se le molecole di una sostanza sono attratte dalle molecole di un'altra sostanza, si parla di bagnare, ad esempio colla e legno, olio e metallo (nonostante l'enorme pressione, l'olio viene trattenuto nei cuscinetti). Ma l'acqua sale in tubi sottili chiamati capillari, e più sottile è il tubo, più sale in alto. Non può esserci altra spiegazione se non l'effetto della bagnatura dell'acqua e del vetro. Le forze bagnanti tra vetro e acqua sono maggiori che tra le molecole d'acqua. Con il mercurio l'effetto è opposto: la bagnatura del mercurio e del vetro è più debole delle forze di adesione tra gli atomi di mercurio. Galileo notò che un ago lubrificato con grasso poteva galleggiare sull'acqua, sebbene ciò contraddicesse la legge di Archimede. Quando l'ago galleggia, puoi

ma notate una leggera deflessione della superficie dell'acqua, che cerca di raddrizzarsi, per così dire. Le forze di adesione tra le molecole d'acqua sono sufficienti per evitare che l'ago cada nell'acqua. Lo strato superficiale protegge l'acqua come una pellicola, questo è tensione superficiale, che tende a dare all'acqua la forma della superficie più piccola - sferica. Ma l'ago non galleggerà più sulla superficie dell'alcool, perché quando si aggiunge alcol all'acqua, la tensione superficiale diminuisce e l'ago affonda. Il sapone riduce anche la tensione superficiale, quindi la schiuma calda e saponata, penetrando nelle crepe e nelle fessure, lava via meglio lo sporco, soprattutto quello contenente grasso, mentre l'acqua pulita si arriccerebbe semplicemente in goccioline.

Il plasma è il quarto stato della materia, ovvero un gas costituito da un insieme di particelle cariche che interagiscono su lunghe distanze. In questo caso, il numero di cariche positive e negative è approssimativamente uguale, per cui il plasma è elettricamente neutro. Dei quattro elementi, il plasma corrisponde al fuoco. Per trasformare un gas nello stato di plasma, deve esserlo ionizzare, rimuovere gli elettroni dagli atomi. La ionizzazione può essere ottenuta mediante riscaldamento, scarica elettrica o radiazione intensa. La materia nell'Universo è principalmente in uno stato ionizzato. Nelle stelle, la ionizzazione è causata termicamente, nelle nebulose rarefatte e nel gas interstellare, dalla radiazione ultravioletta delle stelle. Anche il nostro Sole è costituito da plasma; la sua radiazione ionizza gli strati superiori dell'atmosfera terrestre, chiamati ionosfera, la possibilità di comunicazione radio a lunga distanza dipende dalle sue condizioni. In condizioni terrestri, il plasma si trova raramente - nelle lampade fluorescenti o nell'arco di saldatura elettrica. Nei laboratori e nella tecnologia, il plasma viene spesso ottenuto mediante scarica elettrica. In natura, i fulmini fanno questo. Durante la ionizzazione mediante scarica si verificano valanghe di elettroni, simili ad un processo di reazione a catena. Per ottenere energia termonucleare viene utilizzato il metodo dell'iniezione: gli ioni di gas accelerati a velocità molto elevate vengono iniettati in trappole magnetiche, attirando elettroni dall'ambiente, formando plasma. Viene utilizzata anche la ionizzazione a pressione - onde d'urto. Questo metodo di ionizzazione si verifica nelle stelle super dense e possibilmente nel nucleo terrestre.

Qualsiasi forza che agisce su ioni ed elettroni provoca una corrente elettrica. Se non è accoppiato a campi esterni e non è chiuso all'interno del plasma, diventa polarizzato. Il plasma obbedisce alle leggi dei gas, ma quando viene applicato un campo magnetico, che regola il movimento delle particelle cariche, mostra proprietà del tutto insolite per un gas. In un forte campo magnetico, le particelle iniziano a ruotare attorno alle linee del campo e si muovono liberamente lungo il campo magnetico. Dicono che questo movimento elicoidale sposta la struttura delle linee del campo e il campo viene “congelato” nel plasma. Il plasma rarefatto è descritto da un sistema di particelle, mentre il plasma più denso è descritto da un modello liquido.

L'elevata conduttività elettrica del plasma è la sua principale differenza rispetto al gas. La conduttività del plasma freddo della superficie solare (0,8 10 -19 J) raggiunge la conduttività dei metalli, e alla temperatura termonucleare (1,6 10 -15 J) il plasma di idrogeno conduce la corrente 20 volte meglio del rame in condizioni normali. Poiché il plasma è in grado di condurre corrente, ad esso viene spesso applicato il modello di un liquido conduttore. È considerato un mezzo continuo, anche se la sua comprimibilità lo distingue dal liquido ordinario, ma questa differenza appare solo nei flussi la cui velocità è maggiore della velocità del suono. Il comportamento di un fluido conduttore è studiato in una scienza chiamata idrodinamica magnetica. Nello spazio, qualsiasi plasma è un conduttore ideale e le leggi del campo congelato hanno ampia applicazione. Il modello di un liquido conduttore permette di comprendere il meccanismo di confinamento del plasma da parte di un campo magnetico. Pertanto, i flussi di plasma vengono emessi dal Sole, influenzando l’atmosfera terrestre. Il flusso stesso non ha un campo magnetico, ma un campo estraneo non può penetrarvi secondo la legge del congelamento. I flussi solari del plasma spingono i campi magnetici interplanetari estranei fuori dalle vicinanze del Sole. Dove il campo è più debole appare una cavità magnetica. Quando questi flussi di plasma corpuscolare si avvicinano alla Terra, entrano in collisione con il campo magnetico terrestre e sono costretti a fluire attorno ad esso secondo la stessa legge. Risulta essere una sorta di cavità in cui viene raccolto il campo magnetico e dove i flussi di plasma non penetrano. Le particelle cariche rilevate da razzi e satelliti si accumulano sulla sua superficie: questa è la cintura di radiazione esterna della Terra. Queste idee sono state utilizzate anche per risolvere i problemi di confinamento del plasma mediante un campo magnetico in dispositivi speciali: tokamak (dall'abbreviazione delle parole: camera toroidale, magnete). Con il plasma completamente ionizzato contenuto in questi e altri sistemi, le speranze sono riposte nell'ottenimento di una reazione termonucleare controllata sulla Terra. Ciò fornirebbe una fonte di energia pulita ed economica (acqua di mare). Sono inoltre in corso lavori per produrre e trattenere il plasma utilizzando radiazioni laser focalizzate.

Presentazione sul tema "Alcoli" in chimica in formato powerpoint. La presentazione per gli scolari contiene 12 diapositive che, da un punto di vista chimico, parlano degli alcoli, delle loro proprietà fisiche e delle reazioni con gli alogenuri di idrogeno.

Frammenti della presentazione

Dalla storia

Lo sapevi già nel IV secolo. AVANTI CRISTO e. le persone sapevano come preparare bevande contenenti alcol etilico? Il vino veniva prodotto facendo fermentare succhi di frutta e bacche. Tuttavia, hanno imparato ad estrarne la componente inebriante molto più tardi. Nell'XI secolo gli alchimisti rilevarono i vapori di una sostanza volatile che veniva rilasciata quando il vino veniva riscaldato.

Proprietà fisiche

• Gli alcoli inferiori sono liquidi altamente solubili in acqua, incolori e inodori.
• Gli alcoli superiori sono sostanze solide insolubili in acqua.

Caratteristica delle proprietà fisiche: stato di aggregazione

• L'alcol metilico (il primo rappresentante della serie omologa degli alcoli) è un liquido. Forse ha un peso molecolare elevato? NO. Molto meno dell’anidride carbonica. Allora cos'è?
• Si scopre che il punto è nei legami idrogeno che si formano tra le molecole di alcol e impediscono alle singole molecole di volare via.

Caratteristica delle proprietà fisiche: solubilità in acqua

• Gli alcoli inferiori sono solubili in acqua, gli alcoli superiori sono insolubili. Perché?
• I legami idrogeno sono troppo deboli per trattenere la molecola di alcol, che ha una grande porzione insolubile, tra le molecole di acqua.

Caratteristica delle proprietà fisiche: contrazione

• Perché le persone non usano mai il volume, ma solo la massa, quando risolvono i problemi di calcolo?
• Mescolare 500 ml di alcol e 500 ml di acqua. Otteniamo 930 ml di soluzione. I legami idrogeno tra le molecole di alcol e acqua sono così forti che il volume totale della soluzione diminuisce, la sua “compressione” (dal latino contraktio - compressione).

Gli alcoli sono acidi?

• Gli alcoli reagiscono con i metalli alcalini. In questo caso, l'atomo di idrogeno del gruppo ossidrile viene sostituito da un metallo. Sembra acido.
• Ma le proprietà acide degli alcoli sono troppo deboli, così deboli che gli alcoli non influiscono sugli indicatori.

Amicizia con la polizia stradale.

• Gli alcolisti sono amichevoli con la polizia stradale? Ma come!
• Sei mai stato fermato da un ispettore della polizia stradale? Hai mai respirato in un tubo?
• Se sei sfortunato, l'alcol subisce una reazione di ossidazione, facendo cambiare colore e devi pagare una multa.

Diamo acqua 1

Rimozione dell'acqua: la disidratazione può essere intramolecolare se la temperatura è superiore a 140 gradi. Ciò richiede un catalizzatore: acido solforico concentrato.

Diamo acqua 2

Se la temperatura viene ridotta e il catalizzatore rimane lo stesso, si verificherà la disidratazione intermolecolare.

Reazione con alogenuri di idrogeno.

Questa reazione è reversibile e richiede un catalizzatore: acido solforico concentrato.

Essere amici o non essere amici dell'alcol.

Domanda interessante. L'alcol è uno xenobiotico: sostanze che non si trovano nel corpo umano, ma che influenzano le sue funzioni vitali. Tutto dipende dalla dose.

1. Alcolè un nutriente che fornisce energia al corpo. Nel Medioevo, il corpo riceveva circa il 25% della sua energia attraverso il consumo di alcol.
2. L'alcol è un medicinale che ha un effetto disinfettante e antibatterico.
3. L'alcol è un veleno che sconvolge i processi biologici naturali, distrugge gli organi interni e la psiche e, se consumato in eccesso, porta alla morte.

“Alcoli” Dalla storia  Lo sapevi già nel IV secolo. AVANTI CRISTO e. le persone sapevano come preparare bevande contenenti alcol etilico? Il vino veniva prodotto facendo fermentare succhi di frutta e bacche. Tuttavia, hanno imparato ad estrarne la componente inebriante molto più tardi. Nell'XI secolo gli alchimisti catturavano i vapori di una sostanza volatile che veniva rilasciata quando il vino veniva riscaldato Definizione Gli alcoli (alcoli obsoleti) sono composti organici contenenti uno o più gruppi idrossilici (idrossile, OH) direttamente legati all'atomo di carbonio nel radicale idrocarburico  La formula generale di alcoli è CxHy(OH) n Formula generale degli alcoli saturi monovalenti CnH2n+1OH Classificazione degli alcoli In base al numero di gruppi idrossilici CxHy(OH)n Alcoli monovalenti CH3 - CH2 - CH2 OH Glicoli divalenti CH3 - CH - CH2 OH OH Gliceroli triatomici CH2 - CH - CH2 OH OH OH Classificazione degli alcoli In base alla natura dell'idrocarburo radicale idrocarburico radicale CxHy(OH)n CxHy(OH)n Limite Limite CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Insaturo Insaturo CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Aromatico Aromatico CH CH2 OH 2 --OH Nomenclatura degli alcoli Guarda la tabella e trai una conclusione sulla nomenclatura degli alcoli NOMENCLATURA E ISOMERITÀ Quando si formano i nomi degli alcoli, a (generico ) viene aggiunto il suffisso al nome dell'idrocarburo corrispondente all'alcol. I numeri dopo il suffisso indicano la posizione del gruppo idrossile nella catena principale: H | H- C – O H | H metanolo H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H propanolo-1 H H H | 1| 2 |3 H - C – C – C -H | | | H OH H propanolo -2 TIPI DI ISOMERITÀ 1. Isomeria della posizione del gruppo funzionale (propanolo–1 e propanolo–2) 2. Isomeria dello scheletro di carbonio CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanolo-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-metilpropanolo-1 3. Isomeria interclasse - gli alcoli sono isomerici rispetto agli eteri: CH3-CH2-OH etanolo CH3-O-CH3 dimetil etere Conclusione  I nomi degli alcoli monovalenti sono formati dal nome dell'idrocarburo con la catena di carbonio più lunga contenente un gruppo ossidrile aggiungendo il suffisso -olo  Per gli alcoli polivalenti, prima del suffisso -olo in greco (-di-, -tri-, ...) è indicato il numero di gruppi idrossilici  Ad esempio: CH3-CH2-OH etanolo Tipi di isomeria degli alcoli Strutturale 1. Catena di carbonio 2. Posizioni del gruppo funzionale PROPRIETÀ FISICHE  Gli alcoli inferiori (C1-C11) sono liquidi volatili con un odore pungente  Gli alcoli superiori (C12- e superiori) sono solidi con un odore gradevole PROPRIETÀ FISICHE Nome Formula Pl. g/cm3 tpl.C tboil.C Metile CH3OH 0,792 -97 64 Etile C2H5OH 0,790 -114 78 Propile CH3CH2CH2OH 0,804 -120 92 Isopropile CH3-CH(OH)-CH3 0,786 -88 82 Butile CH3CH2CH2CH2OH 0, 81 0 -90 118 Caratteristiche delle proprietà fisiche: stato di aggregazione L'alcol metilico (il primo rappresentante della serie omologa degli alcoli) è un liquido. Forse ha un peso molecolare elevato? NO. Molto meno dell’anidride carbonica. Allora cos'è? R – O … H – O …H – O H R R Si scopre che è tutta una questione di legami idrogeno che si formano tra le molecole di alcol e impediscono alle singole molecole di volare via Caratteristica delle proprietà fisiche: solubilità in acqua Gli alcoli inferiori sono solubili in acqua, quelli più alti gli alcoli sono insolubili. Perché? CH3 – O…H – O…N – O N H CH3 Cosa succede se il radicale è grande? CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – O ... H – OH H I legami idrogeno sono troppo deboli per trattenere una molecola di alcol, che ha una grande parte insolubile, tra le molecole d'acqua Caratteristica delle proprietà fisiche: contrazione Perché non viene mai utilizzato il volume quando risolvere problemi di calcolo? ma solo in massa? Mescolare 500 ml di alcol e 500 ml di acqua. Otteniamo 930 ml di soluzione. I legami idrogeno tra le molecole di alcol e acqua sono così forti che il volume totale della soluzione diminuisce, la sua “compressione” (dal latino contraktio - compressione). Alcuni rappresentanti degli alcoli Alcool monovalente - metanolo  Liquido incolore con un punto di ebollizione di 64°C, un odore caratteristico più leggero dell'acqua. Brucia con una fiamma incolore.  Utilizzato come solvente e carburante nei motori a combustione interna Il metanolo è un veleno  L'effetto tossico del metanolo si basa sul danno al sistema nervoso e vascolare. L'ingestione di 5-10 ml di metanolo porta ad un grave avvelenamento e 30 ml o più portano alla morte Alcool monovalente - etanolo Liquido incolore con odore caratteristico e sapore di bruciato, punto di ebollizione 78°C. Più leggero dell'acqua. Si mescola con lei in ogni relazione. Facilmente infiammabile, brucia con una fiamma bluastra debolmente luminosa. Amicizia con la polizia stradale Gli alcolisti sono amici della polizia stradale? Ma come! Sei mai stato fermato da un ispettore della polizia stradale? Hai mai respirato in un tubo? Se sei sfortunato, si è verificata una reazione di ossidazione dell'alcol, durante la quale il colore è cambiato e hai dovuto pagare una multa. Domanda interessante. L'alcol è uno xenobiotico: sostanze che non si trovano nel corpo umano, ma che influenzano le sue funzioni vitali. Tutto dipende dalla dose. 1. L'alcol è un nutriente che fornisce energia al corpo. Nel Medioevo l'organismo riceveva circa il 25% della propria energia attraverso il consumo di alcol; 2. L'alcol è un medicinale che ha un effetto disinfettante e antibatterico; 3. L'alcol è un veleno che sconvolge i processi biologici naturali, distrugge gli organi interni e la psiche e, se consumato in eccesso, porta alla morte. Uso di etanolo  L'alcol etilico viene utilizzato nella preparazione di varie bevande alcoliche;  In medicina per la preparazione di estratti di piante medicinali, nonché per la disinfezione;  Nei cosmetici e nella profumeria, l'etanolo è un solvente per profumi e lozioni. Effetti dannosi dell'etanolo  All'inizio dell'intossicazione, le strutture della corteccia cerebrale soffrono; l'attività dei centri cerebrali che controllano il comportamento viene soppressa: si perde il controllo razionale sulle azioni e l'atteggiamento critico verso se stessi diminuisce. I. P. Pavlov ha definito questa condizione "una rivolta della sottocorteccia"  Con un contenuto di alcol nel sangue molto elevato, l'attività dei centri motori del cervello è inibita, la funzione del cervelletto è principalmente influenzata - la persona perde completamente l'orientamento Nocivo effetti dell'etanolo  I cambiamenti nella struttura del cervello causati da molti anni di intossicazione da alcol sono quasi irreversibili e persistono anche dopo una prolungata astinenza dal consumo di alcol. Se una persona non riesce a fermarsi, aumentano le deviazioni organiche e quindi mentali dalla norma. Effetti dannosi dell'etanolo  L'alcol ha un effetto estremamente negativo sui vasi sanguigni del cervello. All'inizio dell'intossicazione, si espandono, il flusso sanguigno al loro interno rallenta, il che porta alla congestione del cervello. Quindi, quando oltre all'alcol, i prodotti nocivi della sua disgregazione incompleta iniziano ad accumularsi nel sangue, si verifica uno spasmo acuto, si verifica una vasocostrizione e si sviluppano complicazioni pericolose, come ictus cerebrali, che portano a gravi disabilità e persino alla morte. DOMANDE PER LA REVISIONE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Un contenitore senza etichetta contiene acqua e l'altro contiene alcol. È possibile utilizzare un indicatore per riconoscerli? A chi spetta l'onore di ottenere alcol puro? L'alcol può essere solido? Il peso molecolare del metanolo è 32 e l'anidride carbonica è 44. Traccia una conclusione sullo stato di aggregazione dell'alcol. Mescolare un litro di alcol e un litro di acqua. Determinare il volume della miscela. Come ingannare un ispettore della polizia stradale? L'alcol assoluto anidro può rilasciare acqua? Cosa sono gli xenobiotici e come si relazionano con gli alcoli? RISPOSTE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. È impossibile. Gli indicatori non influenzano gli alcoli e le loro soluzioni acquose. Naturalmente, alchimisti. Forse se questo alcol contiene 12 atomi di carbonio o più. Da questi dati non si può trarre alcuna conclusione. I legami idrogeno tra le molecole di alcol, dato il basso peso molecolare di queste molecole, rendono il punto di ebollizione dell'alcol anormalmente alto. Il volume della miscela non sarà di due litri, ma molto inferiore, circa 1 litro - 860 ml. Non bere durante la guida. Forse se lo riscaldi e aggiungi conc. acido solforico. Non essere pigro e ricorda tutto quello che hai sentito sull’alcol, decidi tu stesso una volta per tutte qual è la tua dose……. ed è proprio necessario???? Alcol polivalente glicole etilenico  Il glicole etilenico è un rappresentante degli alcoli bivalenti saturi - glicoli;  Il nome glicoli è stato dato a causa del gusto dolce di molti rappresentanti della serie ("glicos" greco - dolce);  Il glicole etilenico è un liquido sciropposo dal sapore dolce, inodore e velenoso. Si mescola bene con acqua e alcol, igroscopico Applicazione del glicole etilenico  Una proprietà importante del glicole etilenico è la capacità di abbassare il punto di congelamento dell'acqua, motivo per cui la sostanza è ampiamente utilizzata come componente di antigelo e liquidi antigelo per automobili;  Viene utilizzato per produrre lavsan (pregiata fibra sintetica) Il glicole etilenico è un veleno  Le dosi che causano un avvelenamento fatale da glicole etilenico variano ampiamente: da 100 a 600 ml. Secondo numerosi autori, la dose letale per l'uomo è di 50-150 ml. Il tasso di mortalità dovuto al glicole etilenico è molto elevato e rappresenta oltre il 60% di tutti i casi di avvelenamento;  Il meccanismo dell'effetto tossico del glicole etilenico non è stato finora sufficientemente studiato. Il glicole etilenico viene assorbito rapidamente (anche attraverso i pori della pelle) e circola nel sangue invariato per diverse ore, raggiungendo la concentrazione massima dopo 2-5 ore. Quindi il suo contenuto nel sangue diminuisce gradualmente e si fissa nei tessuti Glicerina alcolica polivalente  La glicerina è un alcol saturo trivalente. Liquido incolore, viscoso, igroscopico, di sapore dolce. Miscibile con acqua in qualsiasi rapporto, buon solvente. Reagisce con l'acido nitrico per formare nitroglicerina. Con gli acidi carbossilici forma grassi e oli CH2 – CH – CH2 OH OH OH Applicazioni della glicerina  Utilizzata nella     produzione di esplosivi a base di nitroglicerina; Durante la lavorazione della pelle; Come componente di alcuni adesivi; Nella produzione delle materie plastiche la glicerina viene utilizzata come plastificante; Nella produzione di dolciumi e bevande (come additivo alimentare E422) Reazione qualitativa agli alcoli polivalenti Reazione qualitativa agli alcoli polivalenti  La reazione agli alcoli polivalenti è la loro interazione con un precipitato appena ottenuto di idrossido di rame (II), che si dissolve per formare un soluzione blu-viola brillante Compiti Compila la scheda di lavoro per la lezione;  Rispondere alle domande del test;  Risolvi il cruciverba  Foglio di lavoro per la lezione “Alcoli”  Formula generale degli alcoli Nomina le sostanze:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH)  Scrivi la formula di struttura di propanolo-2  Qual è la definizione di atomicità dell'alcol?  Elencare le applicazioni dell'etanolo  Quali alcoli vengono utilizzati nell'industria alimentare?  Quale alcol provoca un avvelenamento mortale quando 30 ml entrano nel corpo?  Quale sostanza viene utilizzata come liquido antigelo?  Come distinguere l'alcol polivalente dall'alcol monovalente? Metodi di preparazione Laboratorio  Idrolisi degli alogenoalcani: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Idratazione degli alcheni: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Idrogenazione di composti carbonilici Industriale  Sintesi di metanolo dal gas di sintesi CO+2H2 CH3-OH (a pressione elevata, alta temperatura e catalizzatore a base di ossido di zinco)  Idratazione degli alcheni  Fermentazione del glucosio: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Proprietà chimiche I. Reazioni con rottura del legame RO–H  Gli alcoli reagiscono con metalli alcalini e alcalino terrosi, formando metalli simili al sale composti - alcolati 2СH 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  Interazione con acidi organici (reazione di esterificazione) porta alla formazione di esteri. CH COОH + HOC H  CH COОC H (acetato di etile (acetato di etile)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Reazioni che comportano la rottura del legame R–OH Con alogenuri di idrogeno: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Reazioni di ossidazione Gli alcoli bruciano: 2С3H7ОH + 9O2  6СO2 + 8H2O Sotto l'azione di agenti ossidanti:  gli alcoli primari vengono convertiti in aldeidi, gli alcoli secondari in chetoni IV. Disidratazione Si verifica quando riscaldato con reagenti che rimuovono l'acqua (conc. H2SO4). 1. La disidratazione intramolecolare porta alla formazione di alcheni CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. La disidratazione intermolecolare dà eteri R-OH + H-O–R  R–O–R(etere) + H2O

La conoscenza più comune parla di tre stati di aggregazione: liquido, solido, gassoso, a volte ricordano il plasma, meno spesso il liquido cristallino; Recentemente, su Internet si è diffuso un elenco di 17 fasi della materia, tratto dal famoso () Stephen Fry. Pertanto ve ne parleremo in modo più dettagliato, perché... dovresti sapere qualcosa in più sulla materia, se non altro per comprendere meglio i processi che avvengono nell'Universo.

L'elenco degli stati aggregati della materia fornito di seguito aumenta dagli stati più freddi a quelli più caldi, ecc. può essere continuato. Allo stesso tempo, va inteso che dallo stato gassoso (n. 11), il più "non compresso", su entrambi i lati dell'elenco, il grado di compressione della sostanza e la sua pressione (con alcune riserve per tale non studiato stati ipotetici come quantistici, fascio o debolmente simmetrici) aumentano Dopo il testo viene mostrato un grafico visivo delle transizioni di fase della materia.

1. Quantistici- uno stato di aggregazione della materia, raggiunto quando la temperatura scende allo zero assoluto, a seguito del quale i legami interni scompaiono e la materia si sbriciola in quark liberi.

2. Condensato di Bose-Einstein- uno stato di aggregazione della materia, la cui base sono i bosoni, raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto (meno di un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto). In uno stato così fortemente raffreddato, un numero sufficientemente grande di atomi si ritrova nei loro stati quantistici minimi possibili e gli effetti quantistici iniziano a manifestarsi a livello macroscopico. Un condensato di Bose-Einstein (spesso chiamato condensato di Bose, o semplicemente "beck") si verifica quando si raffredda un elemento chimico a temperature estremamente basse (di solito appena sopra lo zero assoluto, meno 273 gradi Celsius, è la temperatura teorica alla quale avviene tutto). smette di muoversi).
È qui che iniziano ad accadere cose completamente strane alla sostanza. I processi solitamente osservati solo a livello atomico ora si verificano su scale abbastanza grandi da poter essere osservati ad occhio nudo. Ad esempio, se si posiziona "indietro" in un bicchiere da laboratorio e si fornisce la temperatura desiderata, la sostanza inizierà a strisciare lungo la parete e alla fine uscirà da sola.
Apparentemente si tratta del vano tentativo di una sostanza di abbassare la propria energia (che è già al livello più basso possibile).
Rallentando gli atomi utilizzando apparecchiature di raffreddamento si produce un singolare stato quantico noto come condensato di Bose, o Bose-Einstein. Questo fenomeno fu previsto nel 1925 da A. Einstein, come risultato di una generalizzazione del lavoro di S. Bose, dove fu costruita la meccanica statistica per particelle che vanno dai fotoni senza massa agli atomi portatori di massa (il manoscritto di Einstein, considerato perduto, fu scoperto nella biblioteca dell'Università di Leiden nel 2005). Il risultato degli sforzi di Bose ed Einstein fu il concetto di Bose di un gas soggetto alla statistica di Bose-Einstein, che descrive la distribuzione statistica di particelle identiche con spin intero chiamate bosoni. I bosoni, che sono, ad esempio, singole particelle elementari - fotoni e atomi interi - possono trovarsi tra loro negli stessi stati quantistici. Einstein propose che il raffreddamento degli atomi dei bosoni a temperature molto basse li avrebbe fatti trasformare (o, in altre parole, condensare) nello stato quantistico più basso possibile. Il risultato di tale condensazione sarà l’emergere di una nuova forma di materia.
Questa transizione avviene al di sotto della temperatura critica, che è per un gas tridimensionale omogeneo costituito da particelle non interagenti senza gradi di libertà interni.

3. Condensato di fermioni- uno stato di aggregazione di una sostanza, simile al supporto, ma diversa nella struttura. Quando si avvicinano allo zero assoluto, gli atomi si comportano diversamente a seconda dell'entità del proprio momento angolare (spin). I bosoni hanno spin interi, mentre i fermioni hanno spin multipli di 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). I fermioni obbediscono al principio di esclusione di Pauli, secondo il quale non possono esistere due fermioni che abbiano lo stesso stato quantistico. Non esiste un simile divieto per i bosoni, e quindi hanno l'opportunità di esistere in uno stato quantico e quindi formare il cosiddetto condensato di Bose-Einstein. Il processo di formazione di questo condensato è responsabile del passaggio allo stato superconduttore.
Gli elettroni hanno spin 1/2 e sono quindi classificati come fermioni. Si combinano in coppie (chiamate coppie di Cooper), che poi formano un condensato di Bose.
Scienziati americani hanno tentato di ottenere un tipo di molecole dagli atomi di fermioni mediante raffreddamento profondo. La differenza rispetto alle molecole reali era che non esisteva alcun legame chimico tra gli atomi: si muovevano semplicemente insieme in modo correlato. Il legame tra gli atomi si è rivelato ancora più forte di quello tra gli elettroni nelle coppie di Cooper. Le coppie di fermioni risultanti hanno uno spin totale che non è più multiplo di 1/2, quindi si comportano già come bosoni e possono formare un condensato di Bose con un unico stato quantico. Durante l'esperimento, un gas di atomi di potassio-40 è stato raffreddato a 300 nanokelvin, mentre il gas era racchiuso in una cosiddetta trappola ottica. Quindi è stato applicato un campo magnetico esterno, con l'aiuto del quale è stato possibile modificare la natura delle interazioni tra gli atomi: invece di una forte repulsione, si è cominciata a osservare una forte attrazione. Analizzando l'influenza del campo magnetico, è stato possibile trovare un valore al quale gli atomi hanno iniziato a comportarsi come coppie di elettroni di Cooper. Nella fase successiva dell'esperimento, gli scienziati si aspettano di ottenere effetti di superconduttività per il condensato di fermioni.

4. Sostanza superfluida- uno stato in cui una sostanza non ha praticamente alcuna viscosità e durante il flusso non subisce attrito con una superficie solida. La conseguenza di ciò è, ad esempio, un effetto così interessante come la completa fuoriuscita spontanea dell'elio superfluido dal recipiente lungo le sue pareti contro la forza di gravità. Naturalmente qui non vi è alcuna violazione della legge di conservazione dell'energia. In assenza di forze di attrito, sull'elio agiscono solo le forze di gravità, le forze di interazione interatomica tra l'elio e le pareti del recipiente e tra gli atomi di elio. Quindi, le forze dell'interazione interatomica superano tutte le altre forze combinate. Di conseguenza, l'elio tende a diffondersi il più possibile su tutte le superfici possibili, e quindi “viaggia” lungo le pareti del recipiente. Nel 1938, lo scienziato sovietico Pyotr Kapitsa dimostrò che l'elio può esistere allo stato superfluido.
Vale la pena notare che molte delle proprietà insolite dell'elio sono note da molto tempo. Tuttavia, negli ultimi anni, questo elemento chimico ci ha coccolato con effetti interessanti e inaspettati. Così, nel 2004, Moses Chan e Eun-Syong Kim dell'Università della Pennsylvania hanno incuriosito il mondo scientifico con l'annuncio di essere riusciti a ottenere uno stato completamente nuovo di elio: un solido superfluido. In questo stato, alcuni atomi di elio nel reticolo cristallino possono fluire attorno ad altri e l'elio può quindi fluire attraverso se stesso. L’effetto “superdurezza” era stato previsto teoricamente già nel 1969. E poi nel 2004 sembrò esserci una conferma sperimentale. Tuttavia, esperimenti successivi e molto interessanti hanno dimostrato che non tutto è così semplice, e forse questa interpretazione del fenomeno, precedentemente accettata come superfluidità dell'elio solido, non è corretta.
L'esperimento degli scienziati guidati da Humphrey Maris della Brown University negli Stati Uniti è stato semplice ed elegante. Gli scienziati hanno posizionato una provetta capovolta in un serbatoio chiuso contenente elio liquido. Congelarono parte dell'elio nella provetta e nel serbatoio in modo tale che il confine tra liquido e solido all'interno della provetta fosse più alto che nel serbatoio. In altre parole, nella parte superiore della provetta c'era l'elio liquido, nella parte inferiore c'era l'elio solido, passava dolcemente nella fase solida del serbatoio, sopra il quale veniva versato un po' di elio liquido - più in basso del liquido livello nella provetta. Se l'elio liquido iniziasse a fuoriuscire attraverso l'elio solido, la differenza di livello diminuirebbe e quindi potremmo parlare di elio solido superfluido. E in linea di principio, in tre dei 13 esperimenti, la differenza di livello è effettivamente diminuita.

5. Sostanza superdura- uno stato di aggregazione in cui la materia è trasparente e può “scorrere” come un liquido, ma di fatto è priva di viscosità. Tali liquidi sono noti da molti anni; sono chiamati superfluidi. Il fatto è che se un superfluido viene agitato, circolerà quasi per sempre, mentre un fluido normale prima o poi si calmerà. I primi due superfluidi sono stati creati dai ricercatori utilizzando l'elio-4 e l'elio-3. Sono stati raffreddati quasi fino allo zero assoluto, meno 273 gradi Celsius. E dall'elio-4, gli scienziati americani sono riusciti a ottenere un corpo supersolido. Hanno compresso l'elio congelato con una pressione superiore a 60 volte, quindi hanno posizionato il vetro riempito con la sostanza su un disco rotante. Ad una temperatura di 0,175 gradi Celsius, il disco ha improvvisamente iniziato a ruotare più liberamente, il che, secondo gli scienziati, indica che l'elio è diventato un supercorpo.

6. Solido- uno stato di aggregazione di una sostanza, caratterizzato dalla stabilità della forma e dalla natura del movimento termico degli atomi, che eseguono piccole vibrazioni attorno alle posizioni di equilibrio. Lo stato stabile dei solidi è cristallino. Esistono solidi con legami ionici, covalenti, metallici e di altro tipo tra gli atomi, che determinano la diversità delle loro proprietà fisiche. Le proprietà elettriche e alcune altre proprietà dei solidi sono determinate principalmente dalla natura del movimento degli elettroni esterni dei suoi atomi. In base alle loro proprietà elettriche, i solidi si dividono in dielettrici, semiconduttori e metalli, in base alle loro proprietà magnetiche i solidi si dividono in diamagnetici, paramagnetici e corpi con struttura magnetica ordinata; Gli studi sulle proprietà dei solidi si sono fusi in un vasto campo: la fisica dello stato solido, il cui sviluppo è stimolato dalle esigenze della tecnologia.

7. Solido amorfo- uno stato condensato di aggregazione di una sostanza, caratterizzato dall'isotropia delle proprietà fisiche dovuta alla disposizione disordinata di atomi e molecole. Nei solidi amorfi, gli atomi vibrano attorno a punti posizionati casualmente. A differenza dello stato cristallino, il passaggio dallo stato solido amorfo a quello liquido avviene gradualmente. Diverse sostanze si trovano allo stato amorfo: vetro, resine, plastica, ecc.

8. Cristalli liquidiè uno specifico stato di aggregazione di una sostanza in cui presenta contemporaneamente le proprietà di un cristallo e di un liquido. Va notato subito che non tutte le sostanze possono trovarsi allo stato cristallino liquido. Tuttavia, alcune sostanze organiche con molecole complesse possono formare uno stato di aggregazione specifico: cristallino liquido. Questo stato si verifica quando i cristalli di alcune sostanze si sciolgono. Quando si sciolgono, si forma una fase liquida cristallina, che differisce dai liquidi ordinari. Questa fase esiste nell'intervallo dalla temperatura di fusione del cristallo a una temperatura più elevata, quando riscaldato, alla quale il cristallo liquido si trasforma in un liquido normale.
In cosa differisce un cristallo liquido da un liquido e da un cristallo normale e in cosa è simile a loro? Come un normale liquido, un cristallo liquido ha fluidità e prende la forma del contenitore in cui è posto. Ecco come differisce dai cristalli conosciuti da tutti. Tuttavia, nonostante questa proprietà, che lo accomuna al liquido, ha una proprietà caratteristica dei cristalli. Questo è l'ordinamento nello spazio delle molecole che formano il cristallo. È vero, questo ordinamento non è così completo come nei cristalli ordinari, ma, tuttavia, influisce in modo significativo sulle proprietà dei cristalli liquidi, che li distingue dai liquidi ordinari. L'ordine spaziale incompleto delle molecole che formano un cristallo liquido si manifesta nel fatto che nei cristalli liquidi non esiste un ordine completo nella disposizione spaziale dei centri di gravità delle molecole, sebbene possa esserci un ordine parziale. Ciò significa che non hanno un reticolo cristallino rigido. Pertanto, i cristalli liquidi, come i liquidi ordinari, hanno la proprietà della fluidità.
Una proprietà obbligatoria dei cristalli liquidi, che li avvicina ai cristalli ordinari, è la presenza di un ordine di orientamento spaziale delle molecole. Questo ordine di orientamento può manifestarsi, ad esempio, nel fatto che tutti gli assi lunghi delle molecole in un campione di cristalli liquidi sono orientati nello stesso modo. Queste molecole devono avere una forma allungata. Oltre al più semplice ordinamento denominato degli assi molecolari, in un cristallo liquido può verificarsi un ordine orientativo delle molecole più complesso.
A seconda del tipo di ordinamento degli assi molecolari, i cristalli liquidi si dividono in tre tipologie: nematici, smettici e colesterici.
La ricerca sulla fisica dei cristalli liquidi e sulle loro applicazioni viene attualmente condotta su un ampio fronte in tutti i paesi più sviluppati del mondo. La ricerca nazionale è concentrata negli istituti di ricerca sia accademici che industriali e ha una lunga tradizione. Le opere di V.K., completate negli anni Trenta a Leningrado, divennero ampiamente conosciute e riconosciute. Fredericks a V.N. Tsvetkova. Negli ultimi anni, il rapido studio dei cristalli liquidi ha visto anche i ricercatori nazionali dare un contributo significativo allo sviluppo dello studio dei cristalli liquidi in generale e, in particolare, dell'ottica dei cristalli liquidi. Pertanto, le opere di I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, SA Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov e molti altri ricercatori sovietici sono ampiamente conosciuti dalla comunità scientifica e costituiscono la base per una serie di efficaci applicazioni tecniche dei cristalli liquidi.
L'esistenza dei cristalli liquidi è stata accertata molto tempo fa, precisamente nel 1888, cioè quasi un secolo fa. Sebbene gli scienziati abbiano riscontrato questo stato della materia prima del 1888, è stato scoperto ufficialmente più tardi.
Il primo a scoprire i cristalli liquidi fu il botanico austriaco Reinitzer. Studiando la nuova sostanza benzoato di colesterolo da lui sintetizzata, scoprì che ad una temperatura di 145°C i cristalli di questa sostanza si sciolgono formando un liquido torbido che disperde fortemente la luce. Proseguendo il riscaldamento, una volta raggiunta la temperatura di 179°C, il liquido diventa limpido, cioè inizia a comportarsi otticamente come un normale liquido, ad esempio l'acqua. Il benzoato di colesterolo ha mostrato proprietà inaspettate nella fase torbida. Esaminando questa fase al microscopio polarizzatore, Reinitzer scoprì che presenta birifrangenza. Ciò significa che l'indice di rifrazione della luce, cioè la velocità della luce in questa fase, dipende dalla polarizzazione.

9. Liquido- lo stato di aggregazione di una sostanza, che unisce le caratteristiche dello stato solido (conservazione del volume, una certa resistenza alla trazione) e dello stato gassoso (variabilità della forma). I liquidi sono caratterizzati da un ordine a corto raggio nella disposizione delle particelle (molecole, atomi) e da una piccola differenza nell'energia cinetica del movimento termico delle molecole e nella loro potenziale energia di interazione. Il movimento termico delle molecole liquide consiste in oscillazioni attorno alle posizioni di equilibrio e salti relativamente rari da una posizione di equilibrio all'altra, che è associata alla fluidità del liquido.

10. Fluido supercritico(SCF) è uno stato di aggregazione di una sostanza in cui scompare la differenza tra la fase liquida e quella gassosa. Qualsiasi sostanza a temperatura e pressione superiori al suo punto critico è un fluido supercritico. Le proprietà di una sostanza nello stato supercritico sono intermedie tra le sue proprietà nelle fasi gassosa e liquida. Pertanto, l'SCF ha un'alta densità, vicina a un liquido, e una bassa viscosità, come i gas. Il coefficiente di diffusione in questo caso ha un valore intermedio tra liquido e gas. Le sostanze in uno stato supercritico possono essere utilizzate come sostituti dei solventi organici nei processi di laboratorio e industriali. L'acqua supercritica e l'anidride carbonica supercritica hanno ricevuto il massimo interesse e distribuzione a causa di alcune proprietà.
Una delle proprietà più importanti dello stato supercritico è la capacità di dissolvere le sostanze. Modificando la temperatura o la pressione del fluido, è possibile modificarne le proprietà in un ampio intervallo. Pertanto, è possibile ottenere un fluido le cui proprietà sono vicine a quelle di un liquido o di un gas. Pertanto, la capacità dissolvente di un fluido aumenta con l'aumentare della densità (a temperatura costante). Poiché la densità aumenta all'aumentare della pressione, la variazione della pressione può influenzare la capacità di dissoluzione del fluido (a temperatura costante). Nel caso della temperatura, la dipendenza delle proprietà del fluido è leggermente più complessa: a densità costante aumenta anche la capacità dissolvente del fluido, ma vicino al punto critico un leggero aumento della temperatura può portare a un forte calo in densità e, di conseguenza, capacità di dissoluzione. I fluidi supercritici si mescolano tra loro senza limite, quindi al raggiungimento del punto critico della miscela il sistema sarà sempre monofase. La temperatura critica approssimativa di una miscela binaria può essere calcolata come la media aritmetica dei parametri critici delle sostanze Tc(miscela) = (frazione molare A) x TcA + (frazione molare B) x TcB.

11. Gassoso- (gaz francese, dal greco caos - caos), uno stato di aggregazione di una sostanza in cui l'energia cinetica del movimento termico delle sue particelle (molecole, atomi, ioni) supera significativamente l'energia potenziale delle interazioni tra loro, e quindi le particelle si muovono liberamente, riempiendo uniformemente in assenza di campi esterni l'intero volume ad essa fornito.

12. Plasma- (dal greco plasma - scolpito, modellato), stato della materia che è un gas ionizzato in cui le concentrazioni di cariche positive e negative sono uguali (quasi-neutralità). La stragrande maggioranza della materia nell'Universo è allo stato di plasma: stelle, nebulose galattiche e mezzo interstellare. Vicino alla Terra, il plasma esiste sotto forma di vento solare, magnetosfera e ionosfera. Il plasma ad alta temperatura (T ~ 106 - 108K) da una miscela di deuterio e trizio è allo studio con l'obiettivo di implementare la fusione termonucleare controllata. Il plasma a bassa temperatura (T Ј 105K) viene utilizzato in vari dispositivi a scarica di gas (laser a gas, dispositivi ionici, generatori MHD, plasmatroni, motori al plasma, ecc.), nonché nella tecnologia (vedi metallurgia del plasma, perforazione del plasma, plasma tecnologia) .

13. Materia degenerata— è uno stadio intermedio tra plasma e neutronio. Si osserva nelle nane bianche e svolge un ruolo importante nell'evoluzione delle stelle. Quando gli atomi sono sottoposti a temperature e pressioni estremamente elevate, perdono i loro elettroni (diventano gas di elettroni). In altre parole, sono completamente ionizzati (plasma). La pressione di tale gas (plasma) è determinata dalla pressione degli elettroni. Se la densità è molto elevata, tutte le particelle vengono costrette ad avvicinarsi le une alle altre. Gli elettroni possono esistere in stati con energie specifiche e non possono esistere due elettroni con la stessa energia (a meno che i loro spin non siano opposti). Pertanto, in un gas denso, tutti i livelli energetici inferiori sono pieni di elettroni. Un gas di questo tipo è detto degenere. In questo stato, gli elettroni mostrano una pressione elettronica degenerata, che contrasta le forze di gravità.

14. Neutronio- uno stato di aggregazione in cui la materia passa ad altissima pressione, che è ancora irraggiungibile in laboratorio, ma esiste all'interno delle stelle di neutroni. Durante la transizione allo stato di neutrone, gli elettroni della sostanza interagiscono con i protoni e si trasformano in neutroni. Di conseguenza, la materia nello stato neutronico è costituita interamente da neutroni e ha una densità dell'ordine di quella nucleare. La temperatura della sostanza non deve essere troppo elevata (in energia equivalente, non più di cento MeV).
Con un forte aumento della temperatura (centinaia di MeV e oltre), vari mesoni iniziano a nascere e ad annichilarsi nello stato di neutrone. Con un ulteriore aumento della temperatura, avviene il deconfinamento e la sostanza passa nello stato di plasma di quark e gluoni. Non è più costituito da adroni, ma da quark e gluoni che nascono e scompaiono costantemente.

15. Plasma di quark e gluoni(cromoplasma) - uno stato di aggregazione della materia nella fisica delle alte energie e nella fisica delle particelle elementari, in cui la materia adronica passa in uno stato simile allo stato in cui si trovano elettroni e ioni nel plasma ordinario.
Tipicamente, la materia negli adroni si trova nel cosiddetto stato incolore (“bianco”). Cioè, quark di diversi colori si annullano a vicenda. Uno stato simile esiste nella materia ordinaria: quando tutti gli atomi sono elettricamente neutri, cioè
le cariche positive in essi contenute sono compensate da quelle negative. A temperature elevate può verificarsi la ionizzazione degli atomi, durante la quale le cariche vengono separate e la sostanza diventa, come si suol dire, "quasi neutra". Cioè, l'intera nuvola di materia nel suo insieme rimane neutra, ma le sue singole particelle cessano di essere neutre. La stessa cosa, a quanto pare, può accadere con la materia adronica: a energie molto elevate, il colore viene rilasciato e rende la sostanza “quasi incolore”.
Presumibilmente, nei primi istanti dopo il Big Bang, la materia dell'Universo era in uno stato di plasma di quark e gluoni. Ora il plasma di quark e gluoni può formarsi per un breve periodo durante le collisioni di particelle di energie molto elevate.
Il plasma di quark e gluoni è stato prodotto sperimentalmente presso l'acceleratore RHIC del Brookhaven National Laboratory nel 2005. Nel febbraio 2010 è stata raggiunta la temperatura massima del plasma di 4 trilioni di gradi Celsius.

16. Sostanza strana- uno stato di aggregazione in cui la materia è compressa ai massimi valori di densità può esistere sotto forma di “zuppa di quark”. Un centimetro cubo di materia in questo stato peserà miliardi di tonnellate; inoltre, trasformerà qualsiasi sostanza normale con cui entra in contatto nella stessa forma “strana” con il rilascio di una notevole quantità di energia.
L'energia che può essere rilasciata quando il nucleo della stella si trasforma in "materia strana" porterà all'esplosione super potente di un "quark nova" - e, secondo Leahy e Uyed, questo è esattamente ciò che gli astronomi hanno osservato nel settembre 2006.
Il processo di formazione di questa sostanza è iniziato con una normale supernova, nella quale si è trasformata una stella massiccia. Come risultato della prima esplosione si formò una stella di neutroni. Ma, secondo Leahy e Uyed, non durò molto a lungo: poiché la sua rotazione sembrava essere rallentata dal suo stesso campo magnetico, cominciò a restringersi ancora di più, formando un ammasso di “materia strana”, che portò ad un equilibrio uniforme. più potente durante una normale esplosione di supernova, il rilascio di energia - e gli strati esterni di materia dell'ex stella di neutroni, volano nello spazio circostante a una velocità vicina alla velocità della luce.

17. Sostanza fortemente simmetrica- questa è una sostanza compressa a tal punto che le microparticelle al suo interno si sovrappongono e il corpo stesso collassa in un buco nero. Il termine "simmetria" viene spiegato come segue: prendiamo gli stati aggregativi della materia conosciuti da tutti a scuola: solido, liquido, gassoso. Per chiarezza, consideriamo un cristallo infinito ideale come un solido. Esiste una certa, cosiddetta simmetria discreta rispetto al trasferimento. Ciò significa che se sposti il ​​​​reticolo cristallino di una distanza pari all'intervallo tra due atomi, non cambierà nulla in esso: il cristallo coinciderà con se stesso. Se il cristallo viene fuso, la simmetria del liquido risultante sarà diversa: aumenterà. In un cristallo, solo i punti distanti tra loro a determinate distanze, i cosiddetti nodi del reticolo cristallino, in cui si trovavano atomi identici, erano equivalenti.
Il liquido è omogeneo in tutto il suo volume, tutti i suoi punti sono indistinguibili l'uno dall'altro. Ciò significa che i liquidi possono essere spostati di qualsiasi distanza arbitraria (e non solo alcune discrete, come in un cristallo) o ruotati di qualsiasi angolo arbitrario (cosa che non può essere fatta affatto nei cristalli) e coincideranno con se stessi. Il suo grado di simmetria è più alto. Il gas è ancora più simmetrico: il liquido occupa un certo volume nel recipiente e all'interno del recipiente c'è un'asimmetria dove c'è liquido e punti dove non c'è. Il gas occupa l'intero volume che gli viene fornito e in questo senso tutti i suoi punti sono indistinguibili l'uno dall'altro. Tuttavia, qui sarebbe più corretto parlare non di punti, ma di elementi piccoli, ma macroscopici, perché a livello microscopico ci sono ancora differenze. In alcuni punti in un dato momento ci sono atomi o molecole, mentre in altri no. La simmetria si osserva solo in media, sia su alcuni parametri di volume macroscopici che nel tempo.
Ma qui non esiste ancora alcuna simmetria istantanea a livello microscopico. Se una sostanza viene compressa in modo molto forte, a pressioni inaccettabili nella vita di tutti i giorni, compressa in modo tale che gli atomi vengono schiacciati, i loro gusci si compenetrano l'uno nell'altro e i nuclei iniziano a toccarsi, si verifica la simmetria a livello microscopico. Tutti i nuclei sono identici e premuti l'uno contro l'altro, non ci sono solo distanze interatomiche, ma anche internucleari e la sostanza diventa omogenea (sostanza strana).
Ma esiste anche un livello submicroscopico. I nuclei sono costituiti da protoni e neutroni che si muovono all'interno del nucleo. C'è anche un po' di spazio tra loro. Se continui a comprimere fino a schiacciare i nuclei, i nucleoni si premono strettamente l'uno contro l'altro. Quindi, a livello submicroscopico, apparirà la simmetria, che non esiste nemmeno all'interno dei nuclei ordinari.
Da quanto detto si può discernere una tendenza ben precisa: quanto più alta è la temperatura e maggiore è la pressione, tanto più simmetrica diventa la sostanza. Sulla base di queste considerazioni, una sostanza compressa al massimo è detta altamente simmetrica.

18. Materia debolmente simmetrica- uno stato opposto alla materia fortemente simmetrica nelle sue proprietà, presente nell'Universo primordiale ad una temperatura vicina a quella di Planck, forse 10-12 secondi dopo il Big Bang, quando le forze forte, debole ed elettromagnetica rappresentavano un'unica superforza. In questo stato, la sostanza viene compressa a tal punto che la sua massa si trasforma in energia, che inizia a gonfiarsi, cioè ad espandersi indefinitamente. Non è ancora possibile ottenere le energie per ottenere sperimentalmente la superpotenza e trasferire la materia in questa fase in condizioni terrestri, sebbene tali tentativi siano stati fatti al Large Hadron Collider per studiare l'universo primordiale. A causa dell'assenza di interazione gravitazionale nella superforza che forma questa sostanza, la superforza non è sufficientemente simmetrica rispetto alla forza supersimmetrica che contiene tutti e 4 i tipi di interazioni. Pertanto, questo stato di aggregazione ha ricevuto un nome simile.

19. Sostanza del raggio- questa, infatti, non è più materia, ma energia nella sua forma pura. Tuttavia è proprio questo ipotetico stato di aggregazione che assumerà un corpo che abbia raggiunto la velocità della luce. Si può ottenere anche riscaldando il corpo alla temperatura di Planck (1032K), cioè accelerando le molecole della sostanza alla velocità della luce. Come segue dalla teoria della relatività, quando la velocità supera 0,99 s, la massa del corpo inizia a crescere molto più velocemente che con un'accelerazione “normale”, inoltre il corpo si allunga, si riscalda, cioè inizia a irradiano nello spettro infrarosso. Quando si supera la soglia di 0,999 s, il corpo cambia radicalmente e inizia una rapida transizione di fase fino allo stato di raggio. Come segue dalla formula di Einstein, presa nella sua interezza, la massa crescente della sostanza finale è costituita da masse separate dal corpo sotto forma di radiazioni termiche, raggi X, ottiche e di altro tipo, l'energia di ciascuna delle quali è descritta dalla termine successivo nella formula. Pertanto, un corpo che si avvicina alla velocità della luce inizierà a emettere in tutti gli spettri, a crescere in lunghezza e a rallentare nel tempo, assottigliandosi fino alla lunghezza di Planck, cioè, una volta raggiunta la velocità c, il corpo si trasformerà in un corpo infinitamente lungo e raggio sottile, che si muove alla velocità della luce e costituito da fotoni che non hanno lunghezza, e la sua massa infinita sarà completamente convertita in energia. Pertanto, tale sostanza è chiamata raggio.

In diversi corsi di formazione vengono discusse domande su cosa sia uno stato di aggregazione, quali caratteristiche e proprietà abbiano i solidi, i liquidi e i gas. Esistono tre stati classici della materia, con le proprie caratteristiche strutturali caratteristiche. La loro comprensione è un punto importante per comprendere le scienze della Terra, degli organismi viventi e delle attività industriali. Queste domande sono studiate da fisica, chimica, geografia, geologia, chimica fisica e altre discipline scientifiche. Le sostanze che, in determinate condizioni, si trovano in uno dei tre tipi fondamentali di stato possono cambiare con un aumento o una diminuzione della temperatura e della pressione. Consideriamo le possibili transizioni da uno stato di aggregazione all'altro, così come avvengono nella natura, nella tecnologia e nella vita quotidiana.

Cos'è uno stato di aggregazione?

La parola di origine latina "aggrego" tradotta in russo significa "unire". Il termine scientifico si riferisce allo stato dello stesso corpo, sostanza. L'esistenza di solidi, gas e liquidi a determinate temperature e pressioni diverse è caratteristica di tutti i gusci della Terra. Oltre ai tre stati fondamentali di aggregazione, ce n'è anche un quarto. A temperatura elevata e pressione costante, il gas si trasforma in plasma. Per comprendere meglio cos'è uno stato di aggregazione è necessario ricordare le particelle più piccole che compongono sostanze e corpi.

Nello schema sopra riportato sono rappresentati: a - gas; b: liquido; c è un corpo solido. In tali immagini, i cerchi indicano gli elementi strutturali delle sostanze. Questo è un simbolo; infatti, atomi, molecole e ioni non sono sfere solide. Gli atomi sono costituiti da un nucleo carico positivamente attorno al quale si muovono ad alta velocità gli elettroni carichi negativamente. La conoscenza della struttura microscopica della materia aiuta a comprendere meglio le differenze che esistono tra le diverse forme aggregate.

Idee sul microcosmo: dall'antica Grecia al XVII secolo

Le prime informazioni sulle particelle che compongono i corpi fisici apparvero nell'antica Grecia. I pensatori Democrito ed Epicuro introdussero un concetto come l'atomo. Credevano che queste più piccole particelle indivisibili di diverse sostanze avessero una forma, determinate dimensioni e fossero capaci di movimento e interazione tra loro. L'atomismo divenne l'insegnamento più avanzato dell'antica Grecia per l'epoca. Ma il suo sviluppo rallentò nel Medioevo. Da allora gli scienziati furono perseguitati dall'Inquisizione della Chiesa Cattolica Romana. Pertanto, fino ai tempi moderni, non esisteva un concetto chiaro di quale fosse lo stato della materia. Solo dopo il XVII secolo gli scienziati R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier formularono le disposizioni della teoria atomico-molecolare, che non hanno perso il loro significato oggi.

Atomi, molecole, ioni: particelle microscopiche della struttura della materia

Un passo avanti significativo nella comprensione del micromondo si è verificato nel XX secolo, quando è stato inventato il microscopio elettronico. Tenendo conto delle scoperte fatte in precedenza dagli scienziati, è stato possibile mettere insieme un'immagine coerente del micromondo. Le teorie che descrivono lo stato e il comportamento delle particelle più piccole della materia sono piuttosto complesse e riguardano il campo della Per comprendere le caratteristiche dei diversi stati aggregati della materia è sufficiente conoscere i nomi e le caratteristiche delle principali particelle strutturali che le compongono; sostanze diverse.

1. Gli atomi sono particelle chimicamente indivisibili. Si conservano nelle reazioni chimiche, ma vengono distrutti nelle reazioni nucleari. I metalli e molte altre sostanze con struttura atomica hanno uno stato solido di aggregazione in condizioni normali.
2. Le molecole sono particelle che vengono scomposte e formate in reazioni chimiche. ossigeno, acqua, anidride carbonica, zolfo. Lo stato fisico di ossigeno, azoto, anidride solforosa, carbonio, ossigeno in condizioni normali è gassoso.
3. Gli ioni sono le particelle cariche che atomi e molecole diventano quando acquistano o perdono elettroni: particelle microscopiche caricate negativamente. Molti sali hanno una struttura ionica, ad esempio il sale da cucina, il solfato di ferro e il solfato di rame.

Esistono sostanze le cui particelle si trovano nello spazio in un certo modo. La posizione reciproca ordinata di atomi, ioni e molecole è chiamata reticolo cristallino. Tipicamente, i reticoli cristallini ionici e atomici sono caratteristici dei solidi, molecolari - per liquidi e gas. Il diamante si distingue per la sua elevata durezza. Il suo reticolo cristallino atomico è formato da atomi di carbonio. Ma la grafite morbida è composta anche da atomi di questo elemento chimico. Solo che si trovano diversamente nello spazio. Il solito stato di aggregazione dello zolfo è solido, ma ad alte temperature la sostanza si trasforma in una massa liquida e amorfa.

Sostanze allo stato solido di aggregazione

I solidi in condizioni normali mantengono il loro volume e la loro forma. Ad esempio, un granello di sabbia, un granello di zucchero, sale, un pezzo di roccia o di metallo. Se riscaldi lo zucchero, la sostanza inizia a sciogliersi, trasformandosi in un liquido marrone viscoso. Smettiamo di riscaldare e otterremo di nuovo un solido. Ciò significa che una delle condizioni principali per la transizione da un solido a un liquido è il suo riscaldamento o un aumento dell'energia interna delle particelle della sostanza. È possibile modificare anche lo stato solido di aggregazione del sale utilizzato per uso alimentare. Ma per sciogliere il sale da cucina è necessaria una temperatura più elevata rispetto a quando si scalda lo zucchero. Il fatto è che lo zucchero è costituito da molecole e il sale da cucina è costituito da ioni carichi che sono più fortemente attratti l'uno dall'altro. I solidi in forma liquida non mantengono la loro forma perché i reticoli cristallini vengono distrutti.

Lo stato aggregato liquido del sale dopo la fusione è spiegato dalla rottura dei legami tra gli ioni nei cristalli. Vengono rilasciate particelle cariche che possono trasportare cariche elettriche. I sali fusi conducono l'elettricità e sono conduttori. Nell'industria chimica, metallurgica e ingegneristica, i solidi vengono convertiti in liquidi per produrre nuovi composti o dare loro forme diverse. Le leghe metalliche sono diventate molto diffuse. Esistono diversi modi per ottenerli, legati a cambiamenti nello stato di aggregazione delle materie prime solide.

Il liquido è uno degli stati fondamentali di aggregazione

Se versate 50 ml di acqua in un pallone a fondo tondo, noterete che la sostanza assumerà immediatamente la forma di un recipiente chimico. Ma non appena versiamo l'acqua dalla fiaschetta, il liquido si spargerà immediatamente sulla superficie del tavolo. Il volume dell'acqua rimarrà lo stesso: 50 ml, ma la sua forma cambierà. Le caratteristiche elencate sono caratteristiche della forma liquida di esistenza della materia. Molte sostanze organiche sono liquide: alcoli, oli vegetali, acidi.

Il latte è un'emulsione, cioè un liquido contenente goccioline di grasso. Una risorsa liquida utile è il petrolio. Viene estratto dai pozzi utilizzando impianti di perforazione sulla terraferma e nell'oceano. L'acqua di mare è anche una materia prima per l'industria. La sua differenza dall'acqua dolce dei fiumi e dei laghi risiede nel contenuto di sostanze disciolte, principalmente sali. Quando evaporano dalla superficie dei serbatoi, solo le molecole di H 2 O passano allo stato di vapore, rimangono le sostanze disciolte. Su questa proprietà si basano i metodi per ottenere sostanze utili dall'acqua di mare e i metodi per la sua purificazione.

Quando i sali vengono completamente rimossi si ottiene acqua distillata. Bolle a 100°C e congela a 0°C. Le salamoie bollono e si trasformano in ghiaccio ad altre temperature. Ad esempio, l’acqua nel Mar Glaciale Artico ghiaccia a una temperatura superficiale di 2°C.

Lo stato fisico del mercurio in condizioni normali è liquido. Questo metallo grigio-argenteo è comunemente usato per riempire i termometri medici. Quando riscaldata, la colonna di mercurio sale sulla scala e la sostanza si espande. Perché viene utilizzato l'alcol colorato con vernice rossa e non il mercurio? Ciò è spiegato dalle proprietà del metallo liquido. A gelate di 30 gradi, lo stato di aggregazione del mercurio cambia, la sostanza diventa solida.

Se il termometro medico si rompe e il mercurio fuoriesce, raccogliere le palline d'argento con le mani è pericoloso. È dannoso inalare i vapori di mercurio; questa sostanza è molto tossica. In questi casi, i bambini devono rivolgersi ai genitori e agli adulti per chiedere aiuto.

Stato gassoso

I gas non sono in grado di mantenere né il loro volume né la loro forma. Riempiamo la beuta fino all'orlo con l'ossigeno (la sua formula chimica è O2). Non appena apriremo la beuta, le molecole della sostanza inizieranno a mescolarsi con l'aria della stanza. Ciò si verifica a causa del moto browniano. Anche l'antico scienziato greco Democrito credeva che le particelle della materia fossero in costante movimento. Nei solidi, in condizioni normali, atomi, molecole e ioni non hanno la possibilità di lasciare il reticolo cristallino o liberarsi dai legami con altre particelle. Ciò è possibile solo se viene fornita una grande quantità di energia dall'esterno.

Nei liquidi la distanza tra le particelle è leggermente maggiore che nei solidi richiedono meno energia per rompere i legami intermolecolari; Ad esempio, lo stato liquido dell'ossigeno si osserva solo quando la temperatura del gas scende a −183 °C. A -223 °C, le molecole di O 2 formano un solido. Quando la temperatura sale al di sopra di questi valori, l'ossigeno si trasforma in gas. È in questa forma che si trova in condizioni normali. Le imprese industriali gestiscono impianti speciali per separare l'aria atmosferica e ricavarne azoto e ossigeno. Innanzitutto, l'aria viene raffreddata e liquefatta, quindi la temperatura viene gradualmente aumentata. L'azoto e l'ossigeno si trasformano in gas in condizioni diverse.

L'atmosfera terrestre contiene il 21% di ossigeno e il 78% di azoto in volume. Queste sostanze non si trovano in forma liquida nel guscio gassoso del pianeta. L'ossigeno liquido è di colore azzurro e viene utilizzato per riempire bombole ad alta pressione per l'uso in ambienti medici. Nell'industria e nell'edilizia, i gas liquefatti sono necessari per eseguire numerosi processi. L'ossigeno è necessario per la saldatura a gas e il taglio dei metalli e in chimica per le reazioni di ossidazione di sostanze inorganiche e organiche. Se si apre la valvola di una bombola di ossigeno, la pressione diminuisce e il liquido si trasforma in gas.

Propano liquefatto, metano e butano sono ampiamente utilizzati nei settori dell'energia, dei trasporti, dell'industria e delle attività domestiche. Queste sostanze sono ottenute dal gas naturale o durante il cracking (scissione) delle materie prime petrolifere. Le miscele di carbonio liquido e gassoso svolgono un ruolo importante nelle economie di molti paesi. Ma le riserve di petrolio e gas naturale sono gravemente esaurite. Secondo gli scienziati, questa materia prima durerà 100-120 anni. Una fonte alternativa di energia è il flusso d'aria (vento). I fiumi che scorrono veloci e le maree sulle rive dei mari e degli oceani vengono utilizzati per far funzionare le centrali elettriche.

L'ossigeno, come altri gas, può trovarsi nel quarto stato di aggregazione, rappresentando un plasma. L'insolita transizione dallo stato solido a quello gassoso è una caratteristica dello iodio cristallino. La sostanza viola scuro subisce una sublimazione: si trasforma in un gas, aggirando lo stato liquido.

Come avviene la transizione da una forma aggregata di materia a un'altra?

I cambiamenti nello stato aggregato delle sostanze non sono associati a trasformazioni chimiche, questi sono fenomeni fisici. Quando la temperatura aumenta, molti solidi si sciolgono e si trasformano in liquidi. Un ulteriore aumento della temperatura può portare all'evaporazione, cioè allo stato gassoso della sostanza. Nella natura e nell'economia, tali transizioni sono caratteristiche di una delle principali sostanze sulla Terra. Ghiaccio, liquido, vapore sono stati dell'acqua in diverse condizioni esterne. Il composto è lo stesso, la sua formula è H 2 O. Ad una temperatura di 0 ° C e al di sotto di questo valore l'acqua cristallizza, cioè si trasforma in ghiaccio. All'aumentare della temperatura, i cristalli risultanti vengono distrutti: il ghiaccio si scioglie e si ottiene nuovamente acqua liquida. Quando viene riscaldato si forma l'evaporazione, ovvero la trasformazione dell'acqua in gas, anche a basse temperature. Ad esempio, le pozzanghere ghiacciate scompaiono gradualmente perché l'acqua evapora. Anche in caso di gelo, la biancheria bagnata si asciuga, ma questo processo richiede più tempo rispetto a una giornata calda.

Tutte le transizioni elencate dell'acqua da uno stato all'altro sono di grande importanza per la natura della Terra. I fenomeni atmosferici, il clima e il tempo sono associati all'evaporazione dell'acqua dalla superficie dell'Oceano Mondiale, al trasferimento di umidità sotto forma di nuvole e nebbia sulla terra e alle precipitazioni (pioggia, neve, grandine). Questi fenomeni costituiscono la base del ciclo mondiale dell'acqua in natura.

Come cambiano gli stati aggregati dello zolfo?

In condizioni normali, lo zolfo è cristalli lucenti o polvere giallo chiaro, cioè è una sostanza solida. Lo stato fisico dello zolfo cambia quando riscaldato. Innanzitutto, quando la temperatura sale a 190°C, la sostanza gialla si scioglie, trasformandosi in un liquido mobile.

Se versi rapidamente lo zolfo liquido in acqua fredda, otterrai una massa amorfa marrone. Con l'ulteriore riscaldamento dello zolfo fuso, diventa sempre più viscoso e si scurisce. A temperature superiori a 300 °C lo stato di aggregazione dello zolfo cambia nuovamente, la sostanza acquisisce le proprietà di un liquido e diventa mobile. Queste transizioni derivano dalla capacità degli atomi di un elemento di formare catene di diversa lunghezza.

Perché le sostanze possono trovarsi in stati fisici diversi?

Lo stato di aggregazione dello zolfo, sostanza semplice, è solido in condizioni ordinarie. L'anidride solforosa è un gas, l'acido solforico è un liquido oleoso più pesante dell'acqua. A differenza dell'acido cloridrico e nitrico, non è volatile; le molecole non evaporano dalla sua superficie. Che stato di aggregazione ha lo zolfo plastico, che si ottiene riscaldando i cristalli?

Nella sua forma amorfa, la sostanza ha la struttura di un liquido, con fluidità insignificante. Ma lo zolfo plastico mantiene contemporaneamente la sua forma (come solido). Esistono cristalli liquidi che hanno una serie di proprietà caratteristiche dei solidi. Pertanto, lo stato di una sostanza in condizioni diverse dipende dalla sua natura, temperatura, pressione e altre condizioni esterne.

Quali caratteristiche esistono nella struttura dei solidi?

Le differenze esistenti tra gli stati aggregati di base della materia sono spiegate dall'interazione tra atomi, ioni e molecole. Ad esempio, perché lo stato solido della materia porta alla capacità dei corpi di mantenere volume e forma? Nel reticolo cristallino di un metallo o di un sale, le particelle strutturali sono attratte le une dalle altre. Nei metalli, gli ioni caricati positivamente interagiscono con quello che viene chiamato “gas di elettroni”, un insieme di elettroni liberi in un pezzo di metallo. I cristalli di sale si formano a causa dell'attrazione di particelle con carica opposta: gli ioni. La distanza tra le unità strutturali dei solidi di cui sopra è molto inferiore alle dimensioni delle particelle stesse. In questo caso agisce l'attrazione elettrostatica, conferisce forza, ma la repulsione non è abbastanza forte.

Per distruggere lo stato solido di aggregazione di una sostanza è necessario uno sforzo. Metalli, sali e cristalli atomici fondono a temperature molto elevate. Ad esempio, il ferro diventa liquido a temperature superiori a 1538 °C. Il tungsteno è refrattario e viene utilizzato per produrre filamenti incandescenti per le lampadine. Esistono leghe che diventano liquide a temperature superiori a 3000 °C. Molti sulla Terra sono allo stato solido. Queste materie prime vengono estratte utilizzando la tecnologia nelle miniere e nelle cave.

Per separare anche uno solo ione da un cristallo, è necessario spendere una grande quantità di energia. Ma basta sciogliere il sale nell'acqua perché il reticolo cristallino si disintegri! Questo fenomeno è spiegato dalle straordinarie proprietà dell'acqua come solvente polare. Le molecole di H 2 O interagiscono con gli ioni del sale, distruggendo il legame chimico tra loro. Pertanto, la dissoluzione non è una semplice miscela di sostanze diverse, ma un'interazione fisico-chimica tra di loro.

Come interagiscono le molecole liquide?

L'acqua può essere un liquido, un solido e un gas (vapore). Questi sono i suoi stati fondamentali di aggregazione in condizioni normali. Le molecole d'acqua sono costituite da un atomo di ossigeno a cui sono legati due atomi di idrogeno. Si verifica la polarizzazione del legame chimico nella molecola e sugli atomi di ossigeno appare una carica negativa parziale. L'idrogeno diventa il polo positivo della molecola, attratto dall'atomo di ossigeno di un'altra molecola. Questo è chiamato "legame idrogeno".

Lo stato liquido di aggregazione è caratterizzato da distanze tra le particelle strutturali paragonabili alle loro dimensioni. L'attrazione esiste, ma è debole, quindi l'acqua non mantiene la sua forma. La vaporizzazione avviene a causa della distruzione dei legami che avviene sulla superficie del liquido anche a temperatura ambiente.

Esistono interazioni intermolecolari nei gas?

Lo stato gassoso di una sostanza differisce da quello liquido e solido in numerosi parametri. Esistono ampi spazi tra le particelle strutturali dei gas, molto più grandi delle dimensioni delle molecole. In questo caso, le forze di attrazione non agiscono affatto. Lo stato gassoso di aggregazione è caratteristico delle sostanze presenti nell'aria: azoto, ossigeno, anidride carbonica. Nell'immagine sotto, il primo cubo è pieno di gas, il secondo di liquido e il terzo di solido.

Molti liquidi sono volatili; le molecole della sostanza si staccano dalla loro superficie e si disperdono nell'aria. Ad esempio, se avvicini un bastoncino di cotone imbevuto di ammoniaca all'apertura di una bottiglia aperta di acido cloridrico, apparirà del fumo bianco. Una reazione chimica tra acido cloridrico e ammoniaca avviene direttamente nell'aria, producendo cloruro di ammonio. In quale stato di aggregazione si trova questa sostanza? Le sue particelle che formano il fumo bianco sono minuscoli cristalli solidi di sale. Questo esperimento deve essere effettuato sotto una cappa; le sostanze sono tossiche.

Conclusione

Lo stato di aggregazione del gas è stato studiato da molti fisici e chimici eccezionali: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clayperon, Mendeleev, Le Chatelier. Gli scienziati hanno formulato leggi che spiegano il comportamento delle sostanze gassose nelle reazioni chimiche quando cambiano le condizioni esterne. I modelli aperti non erano inclusi solo nei libri di testo scolastici e universitari di fisica e chimica. Molte industrie chimiche si basano sulla conoscenza del comportamento e delle proprietà delle sostanze nei diversi stati di aggregazione.