: [u 30 svezaka] / pogl. izd. A. M. Prohorov; 1969-1978, sv.
Ciljevi lekcije:
- produbiti i generalizirati znanja o agregatnim stanjima tvari, proučiti u kakvim stanjima tvari mogu postojati.
Ciljevi lekcije:
Edukativni - formulirati ideju o svojstvima krutina, plinova, tekućina.
Razvojni – razvijanje govornih vještina učenika, analiza, zaključivanje o pređenom i proučenom gradivu.
Obrazovni - usađivanje mentalnog rada, stvaranje svih uvjeta za povećanje interesa za proučavani predmet.
Ključni pojmovi:
Agregatno stanje- ovo je agregatno stanje koje karakteriziraju određena kvalitativna svojstva: - sposobnost ili nemogućnost održavanja oblika i volumena; - prisutnost ili odsutnost poretka kratkog i dugog dometa; - od strane drugih.
sl.6. Agregatno stanje tvari pri promjeni temperature.
Kada tvar prijeđe iz čvrstog stanja u tekuće stanje, to se naziva taljenje; obrnuti proces naziva se kristalizacija. Kada tvar prelazi iz tekućine u plin, taj se proces naziva isparavanje, a u tekućinu iz plina - kondenzacija. A prijelaz izravno u plin iz krutine, zaobilazeći tekućinu, je sublimacija, obrnuti proces je desublimacija.
1. Kristalizacija; 2. Taljenje; 3. Kondenzacija; 4. Isparavanje;
5. Sublimacija; 6. Desublimacija.
Stalno vidimo te primjere prijelaza u Svakidašnjica. Kada se led otopi, pretvara se u vodu, a voda zauzvrat isparava, stvarajući paru. Ako se smatra u obrnuta strana tada se para, kondenzirajući se, ponovno počinje pretvarati u vodu, a voda se pak smrzava i postaje led. Miris svakog čvrstog tijela je sublimacija. Neke molekule izlaze iz tijela i nastaje plin koji odaje miris. Primjer obrnutog procesa je u zimsko vrijemešare na staklu kada se para u zraku smrzne i taloži na staklu.
Video prikazuje promjenu agregatnog stanja tvari.
Kontrolni blok.
1. Nakon smrzavanja voda se pretvorila u led. Jesu li se molekule vode promijenile?
2. Medicinski eter se koristi u zatvorenom prostoru. I zbog toga tamo obično jako miriše na njega. U kakvom je stanju eter?
3.Što se događa s oblikom tekućine?
4.Led. Koje je ovo stanje vode?
5. Što se događa kada se voda smrzne?
Domaća zadaća.
Odgovori na pitanja:
1. Je li moguće plinom napuniti polovicu volumena posude? Zašto?
2. Mogu li dušik i kisik postojati u tekućem stanju na sobnoj temperaturi?
3. Mogu li željezo i živa postojati u plinovitom stanju na sobnoj temperaturi?
4. Mraznog zimskog dana stvorila se magla nad rijekom. Koje je ovo agregatno stanje?
Vjerujemo da materija ima tri agregatna stanja. Zapravo, ima ih najmanje petnaest, a popis tih stanja raste svakim danom. To su: amorfna čvrsta tvar, čvrsta tvar, neutronijska, kvark-gluonska plazma, jako simetrična tvar, slabo simetrična tvar, fermionski kondenzat, Bose-Einsteinov kondenzat i čudna tvar.
Agregatno stanje- stanje materije koje karakteriziraju određena kvalitativna svojstva: sposobnost ili nesposobnost održavanja volumena i oblika, prisutnost ili odsutnost dalekog i kratkog reda i drugo. Promjena agregatnog stanja može biti popraćena naglom promjenom slobodne energije, entropije, gustoće i drugih osnovnih fizička svojstva.
Postoje tri glavna agregatna stanja: čvrsto, tekuće i plinovito. Ponekad nije sasvim ispravno klasificirati plazmu kao agregatno stanje. Postoje i druga stanja agregacije, na primjer, tekući kristali ili Bose-Einsteinov kondenzat. Promjene u agregatnom stanju su termodinamički procesi koji se nazivaju fazni prijelazi. Razlikuju se sljedeće sorte: od krutog do tekućeg - topljenje; od tekućeg do plinovitog - isparavanje i vrenje; iz krutog u plinovito - sublimacija; iz plinovitog u tekuće ili kruto - kondenzacija; iz tekućeg u kruto – kristalizacija. Posebnost je nepostojanje oštre granice prijelaza u stanje plazme.
Definicije agregacijskih stanja nisu uvijek stroge. Dakle, postoje amorfna tijela koja zadržavaju strukturu tekućine i imaju nisku fluidnost i sposobnost zadržavanja oblika; tekući kristali su fluidni, ali istovremeno imaju neka svojstva čvrstih tvari, posebice mogu polarizirati elektromagnetsko zračenje koje prolazi kroz njih. Za opis raznim uvjetima u fizici se koristi širi koncept termodinamičke faze. Fenomeni koji opisuju prijelaze iz jedne faze u drugu nazivaju se kritičnim fenomenima.
Agregatno stanje tvari ovisi o fizičkim uvjetima u kojima se nalazi, uglavnom o temperaturi i tlaku. Određujuća veličina je omjer prosječne potencijalne energije međudjelovanja molekula i njihove prosječne kinetičke energije. Dakle, za krutinu je taj omjer veći od 1, za plinove je manji od 1, a za tekućine je približno jednak 1. Prijelaz iz jednog agregatnog stanja tvari u drugo prati nagla promjena u vrijednost ovog omjera, povezana s naglom promjenom međumolekulskih udaljenosti i međumolekulskih interakcija. U plinovima su međumolekulske udaljenosti velike, molekule teško međusobno djeluju i kreću se gotovo slobodno ispunjavajući cijeli volumen. U tekućinama i čvrstim tijelima – kondenziranim medijima – molekule (atomi) su smještene značajno bliži prijatelj jedni drugima i snažnije djelovati.
To dovodi do zadržavanja volumena tekućina i krutina. Međutim, priroda gibanja molekula u krutim tvarima i tekućinama je različita, što objašnjava razliku u njihovoj strukturi i svojstvima.
U čvrstim tijelima u kristalnom stanju, atomi vibriraju samo u blizini čvorova kristalne rešetke; karakterizira se građa tih tijela visoki stupanj poredak - poredak dugog i kratkog dometa. Toplinsko gibanje molekula (atoma) tekućine je kombinacija malih vibracija oko ravnotežnih položaja i čestih skokova iz jednog ravnotežnog položaja u drugi. Potonji određuju postojanje u tekućinama samo reda kratkog dometa u rasporedu čestica, kao i njihovu inherentnu pokretljivost i fluidnost.
A. Čvrsto- stanje karakterizirano sposobnošću održavanja volumena i oblika. Atomi krutog tijela podliježu samo malim vibracijama oko stanja ravnoteže. Postoji poredak i dugog i kratkog dometa.
b. Tekućina- agregatno stanje u kojem ima malu stlačivost, odnosno dobro zadržava volumen, ali ne može zadržati oblik. Tekućina lako poprima oblik posude u kojoj se nalazi. Atomi ili molekule tekućine vibriraju blizu stanja ravnoteže, zaključani drugim atomima, i često skaču na druga slobodna mjesta. Prisutan je samo poredak kratkog dometa.
Topljenje- ovo je prijelaz tvari iz čvrstog agregatnog stanja (vidi Agregatna stanja tvari) u tekućinu. Taj se proces događa pri zagrijavanju, kada se tijelu preda određena količina topline +Q. Na primjer, metalno olovo s niskim talištem prelazi iz krutog u tekuće stanje ako se zagrije na temperaturu od 327 C. Olovo se lako topi na plinskom štednjaku, npr. u žlici od nehrđajućeg čelika (poznato je da temperatura plamena plinski plamenik- 600-850°C, a talište čelika je 1300-1500°C).
Ako tijekom topljenja olova izmjerite njegovu temperaturu, ustanovit ćete da ona u početku lagano raste, ali nakon određene točke ostaje konstantna, unatoč daljnjem zagrijavanju. Ovaj trenutak odgovara topljenju. Temperatura ostaje konstantna dok se svo olovo ne otopi, a tek tada ponovno počinje rasti. Kada se tekuće olovo hladi, uočava se suprotna slika: temperatura pada do početka skrućivanja i ostaje konstantna sve vrijeme dok olovo ne prijeđe u krutu fazu, a zatim opet pada.
Sve čiste tvari ponašaju se na sličan način. Konstantnost temperature tijekom taljenja ima veliku praktični značaj, budući da vam omogućuje kalibraciju termometara, proizvodnju osigurača i indikatora koji se tope na strogo određenoj temperaturi.
Atomi u kristalu osciliraju oko svojih ravnotežnih položaja. S porastom temperature amplituda vibracija raste i doseže određenu kritičnu vrijednost, nakon čega dolazi do razaranja kristalne rešetke. Ovo zahtijeva dodatne Termalna energija, tako da tijekom procesa taljenja temperatura ne raste, iako toplina i dalje teče.
Talište tvari ovisi o tlaku. Za tvari čiji se volumen povećava tijekom taljenja (a takvih je velika većina), povećanje tlaka povećava talište i obrnuto. Kada se voda topi, njen volumen se smanjuje (dakle, kada se voda smrzne, dolazi do pucanja cijevi), a kada se tlak poveća, led se topi na nižoj temperaturi. Bizmut, galij i neke vrste lijevanog željeza ponašaju se na sličan način.
V. Plin- stanje karakterizirano dobrom stlačivošću, nedostatkom sposobnosti zadržavanja volumena i oblika. Plin nastoji zauzeti cijeli volumen koji mu je dostavljen. Atomi ili molekule plina ponašaju se relativno slobodno, udaljenosti između njih mnogo su veće od njihovih veličina.
Plazma, često klasificirana kao agregatno stanje tvari, razlikuje se od plina po visokom stupnju ionizacije atoma. Većina barionska materija (približno 99,9% mase) u Svemiru je u stanju plazme.
grad C superkritična tekućina- Javlja se kada temperatura i tlak istodobno porastu na kritična točka, u kojem se gustoća plina uspoređuje s gustoćom tekućine; u tom slučaju nestaje granica između tekuće i plinovite faze. Superkritični fluid ima izuzetno visoku moć otapanja.
d. Bose-Einsteinov kondenzat- dobiva se kao rezultat hlađenja Bose plina na temperature blizu apsolutne nule. Kao rezultat toga, neki se atomi nalaze u stanju striktno nulte energije (to jest, u najnižem mogućem kvantnom stanju). Bose-Einsteinov kondenzat pokazuje niz kvantnih svojstava, kao što su superfluidnost i Fischbachova rezonancija.
e. Fermionski kondenzat- predstavlja Boseovu kondenzaciju u BCS modu “atomskih Cooperovih parova” u plinovima koji se sastoje od atoma fermiona. (Za razliku od tradicionalnog režima Bose-Einsteinove kondenzacije složenih bozona).
Takvi fermionski atomski kondenzati su “rođaci” supravodiča, ali s kritičnom temperaturom reda veličine sobne i više.
Degenerirana tvar - Fermijev plin Stage 1 Elektronski degenerirani plin, promatran u bijelim patuljcima, igra važna uloga u evoluciji zvijezda. 2. stupanj, neutronsko stanje, u njega materija prelazi pod ultra visokim tlakom, što još nije moguće postići u laboratoriju, ali postoji unutar neutronskih zvijezda. Tijekom prijelaza u stanje neutrona, elektroni tvari međusobno djeluju s protonima i pretvaraju se u neutrone. Kao rezultat toga, materija u neutronskom stanju sastoji se isključivo od neutrona i ima gustoću reda nuklearne. Temperatura tvari ne smije biti previsoka (u energetskom ekvivalentu, ne više od sto MeV).
S jakim porastom temperature (stotine MeV i više) različiti mezoni se počinju rađati i anihilirati u neutronskom stanju. Daljnjim porastom temperature dolazi do dekonfinacije, a tvar prelazi u stanje kvark-gluonske plazme. Više se ne sastoji od hadrona, već od stalno rađajućih i nestajućih kvarkova i gluona. Možda se dekonfinacija odvija u dvije faze.
S daljnjim neograničenim povećanjem tlaka bez povećanja temperature, tvar kolabira u Crna rupa.
S istodobnim povećanjem tlaka i temperature, kvarkovima i gluonima se dodaju druge čestice. Još se ne zna što se događa s materijom, prostorom i vremenom na temperaturama bliskim Planckovim.
Ostale države
Tijekom dubokog hlađenja neke (ne sve) tvari prelaze u supravodljivo ili superfluidno stanje. Ta su stanja, naravno, zasebne termodinamičke faze, ali se teško mogu nazvati novim agregatnim stanjima tvari zbog svoje neuniverzalnosti.
Heterogene tvari kao što su paste, gelovi, suspenzije, aerosoli itd., koje pod određenim uvjetima pokazuju svojstva i krutina i tekućina, pa čak i plinova, obično se klasificiraju kao dispergirani materijali, a ne u bilo koja specifična agregatna stanja tvari.
Uvod
1. Agregatno stanje tvari je plin
2. Agregatno stanje tvari je tekućina
3. Agregatno stanje – čvrsto
4. Četvrto agregatno stanje je plazma
Zaključak
Popis korištene literature
Uvod
Kao što znate, mnoge tvari u prirodi mogu postojati u tri stanja: krutom, tekućem i plinovitom.
Međudjelovanje među česticama tvari najizraženije je u čvrstom stanju. Udaljenost između molekula približno je jednaka njihovim vlastitim veličinama. To dovodi do prilično jake interakcije, koja praktički onemogućuje kretanje čestica: one osciliraju oko određenog ravnotežnog položaja. Zadržavaju oblik i volumen.
Svojstva tekućina objašnjavaju se i njihovom strukturom. Čestice tvari u tekućinama međusobno djeluju manje intenzivno nego u čvrstim tijelima, pa stoga mogu naglo promijeniti svoj položaj - tekućine ne zadržavaju svoj oblik - one su fluidne.
Plin je skup molekula koje se kreću nasumično u svim smjerovima neovisno jedna o drugoj. Plinovi nemaju svoj oblik, zauzimaju cijeli volumen koji im je predviđen i lako se komprimiraju.
Postoji još jedno agregatno stanje – plazma.
Svrha ovog rada je razmotriti postojeća agregatna stanja tvari, identificirati sve njihove prednosti i nedostatke.
Za to je potrebno izvršiti i razmotriti sljedeća agregatna stanja:
2. tekućine
3.krute tvari
3. Agregatno stanje – čvrsto
čvrsta, jedno od četiri agregacijska stanja tvari, različito od ostalih agregacijskih stanja (tekućine, plinovi, plazma) stabilnost oblika i karaktera toplinsko kretanje atomi koji izvode male vibracije oko ravnotežnih položaja. Uz kristalno stanje toraksa postoji i amorfno stanje, uključujući i staklasto stanje. Kristale karakterizira dalekosežni red u rasporedu atoma. U amorfnim tijelima nema dalekosežnog reda.
Agregatno stanje- ovo je stanje tvari u određenom rasponu temperatura i tlakova, karakterizirano svojstvima: sposobnost (kruto) ili nesposobnost (tekućina, plin) da zadrži volumen i oblik; prisutnost ili odsutnost dalekodometnog (kruto) ili kratkodometnog (tekuće) reda i druga svojstva.
Tvar može biti u tri agregatna stanja: kruto, tekuće ili plinovito; trenutno se razlikuje dodatno plazma (ionsko) stanje.
U plinoviti U tom je stanju udaljenost između atoma i molekula tvari velika, međudjelovanje je malo, a čestice koje se kaotično kreću u prostoru imaju veliku kinetičku energiju koja premašuje potencijalnu energiju. Materijal u plinovitom stanju nema vlastiti oblik niti volumen. Plin ispunjava sav raspoloživi prostor. Ovo stanje je tipično za tvari niske gustoće.
U tekućina stanju, očuvan je samo red atoma ili molekula kratkog dometa, kada se u volumenu tvari povremeno pojavljuju pojedina područja s uređenim rasporedom atoma, ali izostaje i međusobna orijentacija tih područja. Red kratkog dometa je nestabilan i pod utjecajem toplinskih vibracija atoma može nestati ili se ponovno pojaviti. Molekule tekućine nemaju određeni položaj, a pritom nemaju potpunu slobodu kretanja. Materijal u tekućem stanju nema vlastiti oblik, već zadržava samo svoj volumen. Tekućina može zauzimati samo dio volumena posude, ali slobodno strujati cijelom površinom posude. Tekuće stanje se obično smatra srednjim između krutine i plina.
U teško U tvari raspored atoma postaje strogo određen, prirodno uređen, sile međudjelovanja među česticama se međusobno uravnotežuju, pa tijela zadržavaju svoj oblik i volumen. Pravilno uređen raspored atoma u prostoru karakterizira kristalno stanje; atomi tvore kristalnu rešetku.
Čvrste tvari imaju amorfnu ili kristalnu strukturu. Za amorfan tijela karakterizira samo kratkodometni red u rasporedu atoma ili molekula, kaotičan raspored atoma, molekula ili iona u prostoru. Primjeri amorfnih tijela su staklo, smola, var, koja su izvana u čvrstom stanju, iako zapravo teku sporo, poput tekućine. Amorfna tijela, za razliku od kristalnih, nemaju određeno talište. Amorfne krutine zauzimaju srednji položaj između kristalnih krutina i tekućina.
Većina čvrstih tvari ima kristalan struktura koju karakterizira uredan raspored atoma ili molekula u prostoru. Kristalnu strukturu karakterizira poredak dugog dometa, kada se elementi strukture periodički ponavljaju; kod poretka kratkog dometa nema tako ispravnog ponavljanja. Karakteristična značajka kristalno tijelo je sposobnost održavanja forme. Oznaka idealnog kristala, čiji je model prostorna rešetka, svojstvo je simetrije. Simetrija se odnosi na teorijsku sposobnost kristalna rešetka krutog tijela da se poravna sa samim sobom nakon zrcalne refleksije svojih točaka od određene ravnine koja se naziva ravnina simetrije. Simetrija vanjski oblik odražava simetriju unutarnja struktura kristal. Na primjer, svi metali imaju kristalnu strukturu i karakteriziraju ih dvije vrste simetrije: kubična i heksagonalna.
U amorfnim strukturama s neuređenom raspodjelom atoma, svojstva tvari u različitim smjerovima su ista, odnosno staklaste (amorfne) tvari su izotropne.
Sve kristale karakterizira anizotropija. U kristalima su udaljenosti između atoma uređene, ali u različitim smjerovima stupanj uređenosti ne mora biti isti, što dovodi do razlika u svojstvima kristalne tvari u različitim smjerovima. Ovisnost svojstava kristalne tvari o smjeru u njezinoj rešetki naziva se anizotropija Svojstva. Anizotropija se očituje pri mjerenju fizičkih i mehaničkih i drugih karakteristika. Postoje svojstva (gustoća, toplinski kapacitet) koja ne ovise o smjeru u kristalu. Većina karakteristika ovisi o izboru smjera.
Moguće je mjeriti svojstva objekata koji imaju određeni volumen materijala: veličine - od nekoliko milimetara do desetaka centimetara. Ovi objekti sa strukturom identičnom kristalnoj ćeliji nazivaju se monokristali.
Anizotropija svojstava očituje se u pojedinačnim kristalima i praktički je odsutna u polikristalnoj tvari, koja se sastoji od mnogo malih nasumično orijentiranih kristala. Stoga se polikristalne tvari nazivaju kvaziizotropnima.
Kristalizacija polimera, čije se molekule mogu poredati na uredan način uz stvaranje supramolekularnih struktura u obliku paketa, zavojnica (globula), fibrila itd., događa se u određenom temperaturnom području. Složena struktura molekula i njihovih agregata određuje specifično ponašanje polimera pri zagrijavanju. Ne mogu ići tekuće stanje s niskom viskoznošću, nemaju br plinovito stanje. U čvrstom obliku polimeri mogu biti u staklastom, visoko elastičnom i viskoznom stanju. Polimeri linearnih ili razgranatih molekula mogu promjenom temperature prelaziti iz jednog stanja u drugo, što se očituje u procesu deformacije polimera. Na sl. Na slici 9 prikazana je ovisnost deformacije o temperaturi.
Riža. 9 Termomehanička krivulja amorfnog polimera: t c , t T, t p - temperature staklastog prijelaza, fluidnosti i početka kemijske razgradnje; I - III - zone staklastog, vrlo elastičnog i viskoznog tečenja; Δ l- deformacija.
Prostorna struktura rasporeda molekula određuje samo staklasto stanje polimera. Na niske temperature svi polimeri su elastično deformirani (sl. 9, zona I). Iznad temperature staklastog prijelaza t c amorfni polimer s linearnom strukturom prelazi u visoko elastično stanje ( zona II), a njegova deformacija u staklastom i visoko elastičnom stanju je reverzibilna. Zagrijavanje iznad točke tečenja t t prenosi polimer u stanje viskoznog tečenja ( zona III). Deformacija polimera u stanju viskoznog tečenja je nepovratna. Amorfni polimer s prostornom (mrežastom, umreženom) strukturom nema viskozno tečno stanje; temperaturno područje visokoelastičnog stanja širi se do temperature razgradnje polimera t R. Ovo ponašanje je tipično za materijale kao što je guma.
Temperatura tvari u bilo kojem agregatnom stanju karakterizira prosječnu kinetičku energiju njezinih čestica (atoma i molekula). Ove čestice u tijelima imaju uglavnom kinetičku energiju oscilatorna kretanja u odnosu na središte ravnoteže, gdje je energija minimalna. Kada se postigne određena kritična temperatura, kruti materijal gubi čvrstoću (stabilnost) i topi se, a tekućina se pretvara u paru: vrije i isparava. ove kritične temperature su tališta i vrelišta.
Kada se kristalni materijal zagrijava na određenoj temperaturi, molekule se kreću tako energično da se krute veze u polimeru pokidaju i kristali se unište – prelaze u tekuće stanje. Temperatura na kojoj su kristali i tekućina u ravnoteži naziva se talištem kristala ili točkom skrućivanja tekućine. Za jod je ta temperatura 114 o C.
Svaki kemijski element ima individualno talište t pl, odvajajući postojanje krutine i tekućine, te vrelište t kip, što odgovara prijelazu tekućine u plin. Na tim temperaturama tvari su u termodinamičkoj ravnoteži. Promjena agregatnog stanja može biti popraćena naglom promjenom slobodne energije, entropije, gustoće i dr. fizikalne veličine.
Kako bismo opisali različita stanja u fizika koristi širi pojam termodinamička faza. Pojave koje opisuju prijelaze iz jedne faze u drugu nazivaju se kritične.
Zagrijavanjem tvari prolaze kroz fazne transformacije. Kada se bakar tali (1083 o C) pretvara se u tekućinu u kojoj atomi imaju samo kratkoročni poredak. Pri tlaku od 1 atm bakar vrije na 2310 o C i prelazi u plinoviti bakar s nasumično raspoređenim atomima bakra. Na točki tališta tlakovi zasićene pare kristala i tekućine su jednaki.
Materijal kao cjelina je sustav.
Sustav- skupina spojenih tvari fizički, kemijske ili mehaničke interakcije. Faza naziva se homogeni dio sustava, odvojen od ostalih dijelova granice fizičkog sučelja (u lijevanom željezu: zrnca grafita + željeza; u vodi s ledom: led + voda).Komponente sustavi su različite faze koje tvore ovaj sustav. Komponente sustava- to su tvari koje tvore sve faze (komponente) danog sustava.
Materijali koji se sastoje od dvije ili više faza su raspršena sustava Disperzni sustavi dijele se na sole, čije ponašanje nalikuje ponašanju tekućina, i gelove s karakterističnim svojstvima čvrstih tvari. U solima disperzijski medij u kojem je tvar raspoređena je tekućina; u gelovima prevladava čvrsta faza. Gelovi su polukristalni metal, beton, otopina želatine u vodi na niskim temperaturama (na visokim temperaturama želatina prelazi u sol). Hidrosol je disperzija u vodi, aerosol je disperzija u zraku.
Dijagrami stanja.
U termodinamičkom sustavu svaka faza je karakterizirana parametrima kao što je temperatura T, koncentracija S i pritisak R. Za opis faznih transformacija koristi se jedna energetska karakteristika - Gibbsova slobodna energija ΔG(termodinamički potencijal).
Termodinamika je u opisivanju transformacija ograničena na razmatranje stanja ravnoteže. Stanje ravnoteže termodinamički sustav karakterizira nepromjenjivost termodinamičkih parametara (temperature i koncentracije, jer u tehnološkim obradama R= const) u vremenu i nepostojanje tokova energije i materije u njemu – uz stalne vanjske uvjete. Fazna ravnoteža- ravnotežno stanje termodinamičkog sustava koji se sastoji od dva odn više fazama
Da bi se matematički opisali uvjeti ravnoteže sustava, postoji fazno pravilo, izveo Gibbs. Povezuje broj faza (F) i komponenti (K) u ravnotežnom sustavu s varijabilnošću sustava, odnosno brojem termodinamičkih stupnjeva slobode (C).
Broj termodinamičkih stupnjeva slobode (varijance) sustava je broj nezavisnih varijabli kao internih ( kemijski sastav faze) i vanjske (temperatura), kojima se mogu dati različite proizvoljne (u određenom rasponu) vrijednosti tako da se nove faze ne pojavljuju i stare faze ne nestaju.
Jednadžba Gibbsovog faznog pravila:
C = K - F + 1.
U skladu s tim pravilom, u sustavu od dvije komponente (K = 2) mogući su sljedeći stupnjevi slobode:
Za jednofazno stanje (F = 1) C = 2, tj. možete promijeniti temperaturu i koncentraciju;
Za dvofazno stanje (F = 2) C = 1, tj. može se promijeniti samo jedan vanjski parametar(na primjer, temperatura);
Za trofazno stanje broj stupnjeva slobode je nula, tj. temperatura se ne može promijeniti bez poremećaja ravnoteže u sustavu (sustav je nepromjenjiv).
Na primjer, za čisti metal (K = 1) tijekom kristalizacije, kada postoje dvije faze (F = 2), broj stupnjeva slobode je nula. To znači da se temperatura kristalizacije ne može promijeniti sve dok se proces ne završi i ne ostane jedna faza - čvrsti kristal. Nakon završetka kristalizacije (F = 1), broj stupnjeva slobode je 1, tako da možete mijenjati temperaturu, tj. hladiti čvrsta bez narušavanja ravnoteže.
Ponašanje sustava ovisno o temperaturi i koncentraciji opisuje se faznim dijagramom. Fazni dijagram vode je sustav s jednom komponentom H 2 O, dakle najveći broj faza koje mogu istovremeno biti u ravnoteži jednak je tri (slika 10). Ove tri faze su tekućina, led i para. Broj stupnjeva slobode u ovom slučaju je nula, tj. Niti tlak niti temperatura se ne mogu mijenjati bez nestanka bilo koje faze. Obični led tekuća voda a vodena para može postojati u ravnoteži istovremeno samo pri tlaku od 0,61 kPa i temperaturi od 0,0075 °C. Točka u kojoj koegzistiraju tri faze naziva se trojna točka ( O).
Zavoj OS odvaja područje pare i tekućine i predstavlja ovisnost tlaka zasićene vodene pare o temperaturi. OS krivulja pokazuje one međusobno povezane vrijednosti temperature i tlaka pri kojima su tekuća voda i vodena para u međusobnoj ravnoteži, stoga se naziva krivulja ravnoteže tekućina-para ili krivulja vrenja.
Slika 10 Dijagram stanja vode
Zavoj OB odvaja područje tekućine od područja leda. To je krivulja ravnoteže kruto-tekuće i naziva se krivulja taljenja. Ova krivulja prikazuje one međusobno povezane parove vrijednosti temperature i tlaka pri kojima su led i tekuća voda u ravnoteži.
Zavoj O.A. naziva se sublimacijska krivulja i prikazuje međusobno povezane parove vrijednosti tlaka i temperature pri kojima su led i vodena para u ravnoteži.
Fazni dijagram je vizualni način predstavljanja područja postojanja različitih faza ovisno o vanjskim uvjetima, kao što su tlak i temperatura. Dijagrami stanja aktivno se koriste u znanosti o materijalima u različitim tehnološkim fazama proizvodnje proizvoda.
Tekućina se razlikuje od čvrstog kristalnog tijela po niskoj viskoznosti (unutarnje trenje molekula) i visoke vrijednosti fluidnost (recipročna vrijednost viskoznosti). Tekućina se sastoji od mnoštva nakupina molekula, unutar kojih su čestice raspoređene određenim redoslijedom, slično poretku u kristalima. Priroda strukturne jedinice a međučestična interakcija određuje svojstva tekućine. Postoje tekućine: jednoatomne (ukapljeni plemeniti plinovi), molekularne (voda), ionske (taline soli), metalne (taline metala), tekući poluvodiči. U većini slučajeva tekućina nije samo agregatno stanje, već i termodinamička (tekuća) faza.
Tekuće tvari najčešće su otopine. Riješenje homogena, ali ne i kemijski čista tvar, sastoji se od otopljene tvari i otapala (primjeri otapala su voda ili organska otapala: dikloroetan, alkohol, ugljikov tetraklorid i dr.), dakle smjesa je tvari. Primjer je otopina alkohola u vodi. Međutim, otopine su također smjese plinovitih (na primjer, zrak) ili čvrstih (metalne legure) tvari.
Kada se ohladi u uvjetima niske brzine stvaranja centara kristalizacije i snažnog povećanja viskoznosti, može doći do staklastog stanja. Staklo je izotropno tvrdih materijala, dobivenih prehlađenjem rastaljenih anorganskih i organskih spojeva.
Postoje mnoge poznate tvari čiji se prijelaz iz kristalnog stanja u izotropnu tekućinu događa kroz srednje tekuće kristalno stanje. Tipično je za tvari čije molekule imaju oblik dugih štapića (štapića) asimetrične strukture. Takvi fazni prijelazi, praćeni toplinskim učincima, uzrokuju nagle promjene mehaničkih, optičkih, dielektričnih i drugih svojstava.
Tekući kristali, poput tekućine, mogu imati oblik izdužene kapi ili oblik posude, imaju visoku fluidnost i sposobni su za stapanje. Naširoko se koriste u raznim područjima znanosti i tehnologije. Njihova optička svojstva jako ovise o malim promjenama vanjskih uvjeta. Ova se značajka koristi u elektrooptičkim uređajima. Konkretno, tekući kristali se koriste u proizvodnji elektroničkih uređaja ručni sat, vizualna oprema itd.
Glavna stanja agregacije uključuju plazma- djelomično ili potpuno ionizirani plin. Prema načinu nastanka razlikuju se dvije vrste plazme: toplinska, koja nastaje zagrijavanjem plina do visoke temperature, i plinoviti, nastali tijekom električnih pražnjenja u plinovitom okruženju.
Plazmokemijski procesi zauzeli su snažno mjesto u nizu grana tehnike. Koriste se za rezanje i zavarivanje vatrostalnih metala, sintezu raznih tvari, naširoko se koriste plazma izvori svjetlosti, uporaba plazme u termonuklearnim elektrane itd.