A seconda della temperatura e della pressione, qualsiasi sostanza è in grado di assumere diversi stati di aggregazione. Ciascuno di questi stati è caratterizzato da alcune proprietà qualitative che rimangono invariate entro le temperature e le pressioni richieste per un dato stato di aggregazione.

Le proprietà caratteristiche degli stati di aggregazione includono, ad esempio, la capacità di un corpo allo stato solido di mantenere la sua forma, o viceversa, la capacità di un corpo liquido di cambiare forma. Talvolta però i confini tra i diversi stati della materia sono piuttosto labili, come nel caso dei cristalli liquidi, o dei cosiddetti “solidi amorfi”, che possono essere elastici come i solidi e fluidi come i liquidi.

La transizione tra stati di aggregazione può avvenire con il rilascio di energia libera, un cambiamento di densità, entropia o altro quantità fisiche. La transizione da uno stato di aggregazione a un altro è chiamata transizione di fase, e i fenomeni che accompagnano tali transizioni sono chiamati fenomeni critici.

Elenco degli stati di aggregazione noti

Solido
	Solidi i cui atomi o molecole non formano un reticolo cristallino.
	Solidi i cui atomi o molecole formano un reticolo cristallino.
Mesofase
	Un cristallo liquido è uno stato di fase durante il quale una sostanza possiede contemporaneamente sia le proprietà dei liquidi che le proprietà dei cristalli.
Liquido
	Lo stato di una sostanza a temperature superiori al punto di fusione e inferiori al punto di ebollizione.
	Un liquido la cui temperatura supera il punto di ebollizione.
	Un liquido la cui temperatura è inferiore alla temperatura di cristallizzazione.
	Lo stato di una sostanza liquida sotto pressione negativa causata dalle forze di van der Waals (forze di attrazione tra le molecole).
	Lo stato di un liquido ad una temperatura superiore al punto critico.
	Un liquido le cui proprietà sono influenzate da effetti quantistici.
		Lo stato di una sostanza che ha legami molto deboli tra molecole o atomi. Un gas ideale non può essere descritto matematicamente.
	Un gas le cui proprietà sono influenzate da effetti quantistici.
		Uno stato di aggregazione rappresentato da un insieme di singole particelle cariche, la cui carica totale in qualsiasi volume del sistema è zero.
	Uno stato della materia in cui è un insieme di gluoni, quark e antiquark.
	Uno stato di breve durata durante il quale i campi di forza dei gluoni vengono allungati tra i nuclei. Precede il plasma di quark e gluoni.
Gas quantistico
	Un gas composto da fermioni le cui proprietà sono influenzate da effetti quantistici.
	Un gas composto da bosoni le cui proprietà sono influenzate da effetti quantistici.

In natura l’acqua si trova in tre stati:

• stato solido (neve, grandine, ghiaccio);
• stato liquido (acqua, nebbia, rugiada e pioggia);
• stato gassoso (vapore).

Fin dalla prima infanzia, anche a scuola, si studiano i diversi stati fisici dell'acqua: nebbia, pioggia, grandine, neve, ghiaccio, ecc. Ce n'è uno che viene studiato dettagliatamente a scuola. Ci incontrano ogni giorno nella vita e influenzano la nostra vita. – questo è lo stato dell’acqua ad una certa temperatura e pressione, che si caratterizza entro un certo intervallo.

Dovrebbero essere chiariti i concetti di base dello stato dell'acqua che lo stato di nebbia e lo stato nuvoloso non sono correlati alla formazione di gas. Appaiono durante la condensazione. Questo proprietà unica acqua che può trovarsi in tre diversi stati di aggregazione. Tre stati dell’acqua sono vitali per il pianeta; formano il ciclo idrologico e assicurano il processo di circolazione dell’acqua in natura. A scuola mostrano vari esperimenti sull'evaporazione e. In ogni angolo della natura, l'acqua è considerata la fonte della vita. Esiste un quarto stato, non meno importante: l'acqua Deryagin (versione russa), o come viene comunemente chiamata al momento - l'acqua nanotuba (versione americana).

Stato solido dell'acqua

La forma e il volume sono preservati. A bassa temperatura la sostanza si congela e si trasforma in un solido. Se alta pressione, allora la temperatura di solidificazione è richiesta più alta. Un solido può essere cristallino o amorfo. In un cristallo la posizione di un atomo è strettamente ordinata. Le forme dei cristalli sono naturali e ricordano un poliedro. In un corpo amorfo, i punti si trovano in modo caotico e oscillano, in essi viene mantenuto solo l'ordine a corto raggio.

Stato liquido dell'acqua

Allo stato liquido l'acqua mantiene il suo volume, ma la sua forma non si conserva. Con questo intendiamo che il liquido occupa solo una parte del volume e può scorrere su tutta la superficie. Quando studi i problemi dello stato liquido a scuola, dovresti capire che questo è uno stato intermedio tra un mezzo solido e un mezzo gassoso. I liquidi si dividono in stati puri e misti. Alcune miscele sono molto importanti per la vita, come il sangue o l'acqua di mare. I liquidi possono agire come solventi.

Stato del gas

La forma e il volume non sono conservati. In un altro modo, lo stato gassoso, che si studia a scuola, si chiama vapore acqueo. Gli esperimenti mostrano chiaramente che il vapore è invisibile, è solubile nell'aria e si vede umidità relativa. La solubilità dipende dalla temperatura e dalla pressione. Il vapore saturo e il punto di rugiada sono indicatori della concentrazione massima. Vapore e nebbia sono diversi stati di aggregazione.

Il quarto stato di aggregazione è il plasma

Ricerca sul plasma e esperimenti moderni cominciò a essere considerato un po' di più Dopo. Il plasma è un gas completamente o parzialmente ionizzato; si trova in uno stato di equilibrio ad alta temperatura. In condizioni terrestri si forma una scarica di gas. Le proprietà del plasma determinano il suo stato gassoso, tranne per il fatto che l'elettrodinamica gioca un ruolo enorme in tutto questo. Tra gli stati aggregati, il plasma è il più comune nell’Universo. Lo studio delle stelle e dello spazio interplanetario ha dimostrato che le sostanze si trovano allo stato di plasma.

Come cambiano gli stati di aggregazione?

Modificare il processo di transizione da uno stato all'altro:

- liquido - vapore (vaporizzazione e bollitura);

- vapore - liquido (condensa);

- liquido - ghiaccio (cristallizzazione);

- ghiaccio - liquido (scioglimento);

- ghiaccio - vapore (sublimazione);

- vapore - ghiaccio, formazione di brina (desublimazione).

L'acqua è stata definita un interessante minerale naturale della terra. Queste domande sono complesse e richiedono uno studio costante. Lo stato fisico nella scuola è confermato dagli esperimenti condotti e, se sorgono domande, gli esperimenti consentono chiaramente di comprendere il materiale insegnato nella lezione. Durante l'evaporazione, il liquido si trasforma in, il processo può iniziare da zero gradi. Man mano che la temperatura aumenta, aumenta. L'intensità di ciò è confermata da esperimenti di ebollizione a 100 gradi. Le domande sull'evaporazione trovano risposta nell'evaporazione dalle superfici di laghi, fiumi e persino dalla terra. Una volta raffreddato, si verifica un processo di trasformazione inversa quando un liquido si forma da un gas. Questo processo è chiamato condensazione, quando piccole goccioline di nuvole si formano dal vapore acqueo presente nell'aria.

Un esempio lampante è il termometro a mercurio, in cui il mercurio si presenta allo stato liquido; a una temperatura di -39 gradi, il mercurio diventa solido. È possibile modificare lo stato di un corpo solido, ma ciò richiederà uno sforzo aggiuntivo, ad esempio quando si piega un chiodo. Spesso gli scolari fanno domande su come viene data forma a un corpo solido. Questo viene fatto in fabbriche e officine specializzate utilizzando attrezzature speciali. Assolutamente qualsiasi sostanza può esistere in tre stati, inclusa l'acqua, dipende dalle condizioni fisiche. Quando l'acqua passa da uno stato all'altro, la disposizione e il movimento molecolare cambiano, ma la composizione della molecola non cambia. Le attività sperimentali ti aiuteranno a osservare stati così interessanti.

Istruzione generale di base

Linea UMK A.V. Peryshkin. Fisica (7-9)

Introduzione: stato della materia

Misterioso il mondo non smette mai di stupire. Un cubetto di ghiaccio gettato in un bicchiere e lasciato temperatura ambiente, si trasformerà in liquido in pochi minuti e se lo lasci sul davanzale della finestra per un tempo più lungo evaporerà completamente. Questo è il modo più semplice per osservare le transizioni da uno stato della materia a un altro.

Stato di aggregazione - stato di una sostanza avente determinate proprietà: la capacità di mantenere forma e volume, avere un ordine a lungo o corto raggio e altri. Quando cambia stato della materia C'è un cambiamento nelle proprietà fisiche, così come nella densità, nell'entropia e nell'energia libera.

Come e perché avvengono queste incredibili trasformazioni? Per capirlo, ricordatelo tutto intorno è composto. Atomi e molecole di varie sostanze interagiscono tra loro ed è il legame tra loro a determinarlo qual è lo stato di aggregazione della sostanza?.

Esistono quattro tipi di sostanze aggregate:

gassoso

Sembra che la chimica ci sveli i suoi segreti in queste sorprendenti trasformazioni. Tuttavia non lo è. Il passaggio da uno stato di aggregazione all'altro, così come la diffusione, riguardano fenomeni fisici, poiché in queste trasformazioni non si verificano cambiamenti nelle molecole della sostanza e nella loro Composizione chimica.

Stato gassoso

A livello molecolare, il gas è costituito da molecole in movimento caotico che entrano in collisione con le pareti della nave e tra loro, che praticamente non interagiscono tra loro. Poiché le molecole di gas non sono collegate tra loro, il gas riempie l'intero volume a lui fornito, interagendo e cambiando direzione solo quando si scontrano.

Purtroppo è impossibile vedere le molecole di gas ad occhio nudo e nemmeno con un microscopio ottico. Tuttavia, puoi toccare il gas. Naturalmente, se provi semplicemente a catturare le molecole di gas che volano nel palmo della tua mano, non ci riuscirai. Ma probabilmente tutti hanno visto (o l'hanno fatto personalmente) come qualcuno ha pompato aria in un pneumatico di un'auto o di una bicicletta, e da morbido e rugoso è diventato gonfio ed elastico. E l'apparente "assenza di gravità" dei gas sarà confutata dall'esperienza descritta a pagina 39 del libro di testo "Chimica 7a elementare" edito da O.S. Gabrielyan.

Ciò accade perché il volume chiuso limitato del pneumatico aumenta un gran numero di molecole, che si affollano e iniziano a scontrarsi tra loro e contro le pareti del pneumatico più spesso e, di conseguenza, l'impatto totale di milioni di molecole sulle pareti viene da noi percepito come pressione.

Ma se il gas occupa l’intero volume fornitogli, Perché allora non vola nello spazio e non si diffonde in tutto l’universo, riempiendo lo spazio interstellare? Quindi, qualcosa trattiene e limita ancora i gas nell’atmosfera del pianeta?

Assolutamente giusto. E questo - gravità. Per staccarsi da un pianeta e volare via, le molecole devono raggiungere velocità maggiori della velocità di fuga, o velocità di fuga, e la stragrande maggioranza delle molecole si muove molto più lentamente.

Poi sorge prossima domanda: Perché le molecole di gas non cadono a terra, ma continuano a volare? Si scopre che grazie all'energia solare, le molecole d'aria hanno una riserva significativa di energia cinetica, che consente loro di muoversi contro le forze di gravità.

La raccolta contiene domande e compiti di vario tipo: di calcolo, qualitativi e grafici; natura tecnica, pratica e storica. I compiti sono distribuiti per argomento secondo la struttura del libro di testo “Fisica. 9th grade” di A.V. Peryshkina, E.M. Gutnik e consentono di implementare i requisiti stabiliti dallo standard educativo statale federale per i risultati di apprendimento meta-soggetto, soggetto e personali.

Stato liquido

Aumentando la pressione e/o diminuendo la temperatura, i gas possono essere convertiti allo stato liquido. Agli albori del XIX secolo, il fisico e chimico inglese Michael Faraday riuscì a trasformare il cloro e diossido di carbonio, comprimendoli a temperature molto basse. Tuttavia, alcuni gas in quel momento non cedettero agli scienziati e, come si scoprì, il problema non era la pressione insufficiente, ma l'incapacità di ridurre la temperatura al minimo richiesto.

Un liquido, a differenza di un gas, occupa un certo volume, ma assume anche la forma di un contenitore pieno sotto il livello della superficie. Visivamente, il liquido può essere rappresentato come perle rotonde o cereali in un barattolo. Le molecole di un liquido sono in stretta interazione tra loro, ma si muovono liberamente l'una rispetto all'altra.

Se rimane una goccia d'acqua sulla superficie, dopo un po' scomparirà. Ma ricordiamo che grazie alla legge di conservazione della massa-energia, nulla scompare o scompare senza lasciare traccia. Il liquido evaporerà, cioè cambierà il suo stato di aggregazione in gassoso.

Evaporazione - è un processo di trasformazione dello stato di aggregazione di una sostanza, in cui le molecole, la cui energia cinetica supera l'energia potenziale dell'interazione intermolecolare, salgono dalla superficie di un liquido o solido.

Si chiama evaporazione dalla superficie dei solidi sublimazione O sublimazione. Maggior parte in modo semplice osservare la sublimazione è l'uso della naftalene per combattere le tarme. Se senti l'odore di un liquido o di un solido, è in corso l'evaporazione. Dopotutto, il naso è ciò che cattura le molecole profumate della sostanza.

I liquidi circondano gli esseri umani ovunque. Anche le proprietà dei liquidi sono familiari a tutti: viscosità e fluidità. Quando si parla della forma di un liquido, molte persone dicono che il liquido non ha una forma specifica. Ma questo accade solo sulla Terra. A causa della forza di gravità, una goccia d'acqua si deforma.

Tuttavia, molti hanno visto come gli astronauti in condizioni di gravità zero catturano palline d'acqua di diverse dimensioni. In assenza di gravità il liquido assume la forma di una sfera. E la forza della tensione superficiale conferisce al liquido una forma sferica. Le bolle di sapone sono un ottimo modo per familiarizzare con la forza della tensione superficiale sulla Terra.

Un'altra proprietà di un liquido è la viscosità. La viscosità dipende dalla pressione, dalla composizione chimica e dalla temperatura. La maggior parte dei liquidi obbedisce alla legge della viscosità di Newton, scoperta nel XIX secolo. Tuttavia, esistono numerosi liquidi altamente viscosi che, in determinate condizioni, iniziano a comportarsi come solidi e non obbediscono alla legge della viscosità di Newton. Tali soluzioni sono chiamate liquidi non newtoniani. L'esempio più semplice di fluido non newtoniano è una sospensione di amido in acqua. Se un fluido non newtoniano è sottoposto a forze meccaniche, il fluido inizierà ad assumere le proprietà dei solidi e si comporterà come un solido.

Stato solido

Se in un liquido, a differenza di un gas, le molecole non si muovono più in modo caotico, ma attorno a determinati centri, allora allo stato solido della materia gli atomi e le molecole hanno una struttura chiara e sembrano soldati in parata. E grazie al reticolo cristallino, i solidi occupano un certo volume e hanno una forma costante.

In determinate condizioni, le sostanze nello stato aggregato di liquido possono trasformarsi in solidi e i solidi, al contrario, quando riscaldati, si sciolgono e si trasformano in liquidi.

Ciò accade perché quando viene riscaldata l'energia interna aumenta, di conseguenza le molecole iniziano a muoversi più velocemente e quando viene raggiunta la temperatura di fusione il reticolo cristallino inizia a collassare e lo stato di aggregazione della sostanza cambia. Per la maggior parte dei corpi cristallini, il volume aumenta con la fusione, ma ci sono delle eccezioni, ad esempio il ghiaccio e la ghisa.

A seconda del tipo di particelle che compongono il reticolo cristallino di un solido, si distingue la seguente struttura:

molecolare,

metallo.

Per alcune sostanze cambiamento degli stati di aggregazione avviene facilmente, come, ad esempio, con l'acqua; altre sostanze richiedono condizioni speciali (pressione, temperatura). Ma nella fisica moderna, gli scienziati identificano un altro stato indipendente della materia: il plasma.

Plasma - gas ionizzato con uguale densità di cariche positive e negative. Nella natura vivente, il plasma si forma al sole o durante un fulmine. Aurora boreale e al plasma si riferisce anche il fuoco familiare che ci scalda con il suo calore durante un'uscita nella natura.

Il plasma creato artificialmente aggiunge luminosità a qualsiasi città. Le luci al neon sono semplicemente plasma a bassa temperatura contenuto in tubi di vetro. Lampade familiari luce del giorno anch'esso pieno di plasma.

Il plasma è diviso in bassa temperatura - con un grado di ionizzazione di circa l'1% e una temperatura fino a 100 mila gradi, e ad alta temperatura - ionizzazione di circa il 100% e una temperatura di 100 milioni di gradi (questo è esattamente lo stato in cui si trova il plasma nelle stelle).

Il plasma a bassa temperatura nelle nostre solite lampade fluorescenti è ampiamente utilizzato nella vita di tutti i giorni.

Il plasma ad alta temperatura viene utilizzato nelle reazioni di fusione termonucleare e gli scienziati non hanno perso la speranza di usarlo come sostituto dell'energia atomica, ma il controllo in queste reazioni è molto difficile. E una reazione termonucleare incontrollata si dimostrò un’arma di potenza colossale quando l’URSS testò una bomba termonucleare il 12 agosto 1953.

Acquistare

Per verificare la tua comprensione del materiale, offriamo un breve test.

1. Cosa non vale per gli stati di aggregazione:

liquido

leggero +

2. La viscosità dei liquidi newtoniani obbedisce:

Legge Boyle-Mariotte

Legge di Archimede

Legge della viscosità di Newton +

3. Perché l’atmosfera terrestre non scappa nello spazio:

perché le molecole di gas non possono raggiungere la velocità di fuga

perché le molecole del gas sono influenzate dalla forza di gravità +

entrambe le risposte sono corrette

4. Cosa non si applica alle sostanze amorfe:

• cera da sigillo

• ferro +

5.Durante il raffreddamento, il volume aumenta a:

• ghiaccio +

#ADVERTISING_INSERT#

: [in 30 volumi] / cap. ed. A. M. Prokhorov; 1969-1978, volume 1).

Stati aggregati// Enciclopedia fisica: [in 5 volumi] / Cap. ed. A. M. Prokhorov. - M.: Enciclopedia Sovietica (vols. 1-2); Grande Enciclopedia russa(vols. 3-5), 1988-1999. - ISBN 5-85270-034-7.

Vladimir Zhdanov. Plasma nello spazio (non definito) . Intorno al mondo. Estratto il 21 febbraio 2009. Archiviato il 22 agosto 2011.

Ci sono alcuni liquidi in natura che, in normali condizioni sperimentali, non possono essere convertiti in uno stato cristallino una volta raffreddati. Le molecole dei singoli polimeri organici sono così complesse che non riescono a formare un reticolo regolare e compatto; una volta raffreddate si trasformano sempre e solo allo stato vetroso (vedi maggiori dettagli - DiMarzioE.A. Teoria dell'equilibrio degli occhiali // Ann. Accademico di New York. Sci. 1981.vol. 371. P. 1-20). Una rara variante della “non cristallizzazione” di un liquido è la transizione allo stato vetroso a temperature prossime alla temperatura del liquidus T L o anche superiore... La stragrande maggioranza dei liquidi ha temperature inferiori T L ad esposizioni isotermiche più o meno lunghe, ma di durata ragionevole dal punto di vista sperimentale, si trasformano sempre allo stato cristallino. Per alcuni liquidi composti chimici non significa T L, e il punto di fusione dei cristalli, ma per semplicità sono qui indicati i punti di assenza (solidus) e di inizio cristallizzazione T L indipendentemente dall'omogeneità della sostanza. La possibilità di transizione dallo stato liquido a quello vetroso è dovuta a velocità di raffreddamento nell'intervallo di temperature in cui la probabilità di cristallizzazione è più alta - tra T L e il limite inferiore dell'intervallo di transizione vetrosa. Quanto più velocemente una sostanza si raffredda dallo stato di liquido stabile, tanto più è probabile che passi attraverso la fase cristallina e diventi vetrosa. Qualsiasi sostanza che può passare allo stato vetroso può essere caratterizzata dal cosiddetto velocità di raffreddamento critica- il valore minimo accettabile al quale è reversibile dopo il raffreddamento trasformarsi in uno stato vetroso. - Shultz M.M., Mazurin O.V. ISBN 5-02-024564-X

Shultz M.M., Mazurin O.V. Comprensione moderna della struttura degli occhiali e delle loro proprietà. - L.: Scienza. 1988 ISBN 5-02-024564-X

"Condensato di Fermioni" (non definito) . scientifico.ru. Archiviata dall'originale il 22 agosto 2011.

K. v. Klitzing, G. Dorda, M. Pepper Nuovo metodo per la determinazione ad alta precisione della costante di struttura fine basata sulla fisica della resistenza Hall quantizzata. Rev. Lett. 45 , 494 (1980) DOI:10.1103/PhysRevLett.45.494

Premio Nobel per la fisica nel 1985

C. Fuchs, H. Lenske, H.H. Wolter. Teoria del campo dencità dipendente adronica (non definito) . arxiv.org (29/06/1995). Estratto il 30 novembre 2012.

I. M. Dremin, A. V. Leonidov. Mezzo quark-gluone (non definito) P. 1172. Progressi nelle scienze fisiche (novembre 2010). doi:10.3367/UFNr.0180.201011c.1167. - UFN 180 1167–1196 (2010). Estratto il 29 marzo 2013. Archiviato il 5 aprile 2013.

Stato di aggregazione- questo è lo stato di una sostanza in un certo intervallo di temperature e pressioni, caratterizzato da proprietà: la capacità (solido) o l'incapacità (liquido, gas) di mantenere volume e forma; la presenza o l'assenza di un ordine a lungo raggio (solido) o a corto raggio (liquido) e altre proprietà.

Una sostanza può trovarsi in tre stati di aggregazione: solido, liquido o gassoso; attualmente si distingue un ulteriore stato plasmatico (ionico).

IN gassoso In questo stato, la distanza tra gli atomi e le molecole della sostanza è grande, le forze di interazione sono piccole e le particelle, muovendosi caoticamente nello spazio, hanno una grande energia cinetica che supera l'energia potenziale. Un materiale allo stato gassoso non ha né forma né volume propri. Il gas riempie tutto lo spazio disponibile. Questo stato è tipico delle sostanze a bassa densità.

IN liquido stato, viene preservato solo l'ordine a corto raggio di atomi o molecole, quando singole aree con una disposizione ordinata di atomi compaiono periodicamente nel volume della sostanza, ma è assente anche l'orientamento reciproco di queste aree. L'ordine a corto raggio è instabile e sotto l'influenza delle vibrazioni termiche degli atomi può scomparire o ricomparire. Le molecole liquide non hanno una posizione specifica e allo stesso tempo non hanno completa libertà di movimento. La materia allo stato liquido non ha una forma propria, conserva solo il suo volume. Il liquido può occupare solo una parte del volume del recipiente, ma scorrere liberamente su tutta la superficie del recipiente. Lo stato liquido è solitamente considerato intermedio tra solido e gassoso.

IN difficile In una sostanza, la disposizione degli atomi diventa rigorosamente definita, ordinata naturalmente, le forze di interazione tra le particelle sono reciprocamente bilanciate, quindi i corpi mantengono la loro forma e volume. La disposizione regolarmente ordinata degli atomi nello spazio caratterizza lo stato cristallino; gli atomi formano un reticolo cristallino.

I solidi hanno una struttura amorfa o cristallina. Per amorfo i corpi sono caratterizzati solo da un ordine a corto raggio nella disposizione di atomi o molecole, una disposizione caotica di atomi, molecole o ioni nello spazio. Esempi di corpi amorfi sono il vetro, la pece, il var, che esternamente si trovano allo stato solido, anche se in realtà scorrono lentamente, come un liquido. I corpi amorfi, a differenza di quelli cristallini, non hanno un punto di fusione specifico. I solidi amorfi occupano una posizione intermedia tra solidi cristallini e liquidi.

La maggior parte dei solidi lo hanno cristallino una struttura caratterizzata dalla disposizione ordinata di atomi o molecole nello spazio. La struttura cristallina è caratterizzata da un ordine a lungo raggio, quando gli elementi della struttura si ripetono periodicamente; con l'ordine a corto raggio non esiste una ripetizione così corretta. Caratteristica Il corpo cristallino è la capacità di mantenere la forma. Un segno di un cristallo ideale, il cui modello è un reticolo spaziale, è la proprietà della simmetria. La simmetria si riferisce alla capacità teorica del reticolo cristallino di un corpo solido di allinearsi con se stesso quando i suoi punti sono specchiati da un certo piano, chiamato piano di simmetria. La simmetria della forma esterna riflette la simmetria della struttura interna del cristallo. Ad esempio, tutti i metalli hanno una struttura cristallina e sono caratterizzati da due tipi di simmetria: cubica ed esagonale.

Nelle strutture amorfe con una distribuzione disordinata degli atomi, le proprietà della sostanza in diverse direzioni sono le stesse, cioè le sostanze vetrose (amorfe) sono isotrope.

Tutti i cristalli sono caratterizzati da anisotropia. Nei cristalli, le distanze tra gli atomi sono ordinate, ma in direzioni diverse il grado di ordinamento potrebbe non essere lo stesso, il che porta a differenze nelle proprietà della sostanza cristallina in direzioni diverse. Viene chiamata la dipendenza delle proprietà di una sostanza cristallina dalla direzione nel suo reticolo anisotropia proprietà. L'anisotropia si manifesta quando si misurano caratteristiche fisiche, meccaniche e di altro tipo. Ci sono proprietà (densità, capacità termica) che non dipendono dalla direzione del cristallo. La maggior parte delle caratteristiche dipendono dalla scelta della direzione.

È possibile misurare le proprietà degli oggetti che hanno un certo volume materiale: dimensioni - da diversi millimetri a decine di centimetri. Questi oggetti con una struttura identica alla cella cristallina sono chiamati cristalli singoli.

L'anisotropia delle proprietà si manifesta nei cristalli singoli ed è praticamente assente in una sostanza policristallina, costituita da tanti piccoli cristalli orientati in modo casuale. Pertanto, le sostanze policristalline sono chiamate quasi isotrope.

La cristallizzazione dei polimeri, le cui molecole possono essere disposte in modo ordinato con la formazione di strutture supramolecolari sotto forma di pacchi, bobine (globuli), fibrille, ecc., avviene in un certo intervallo di temperature. La struttura complessa delle molecole e dei loro aggregati determina il comportamento specifico dei polimeri quando riscaldati. Non possono passare allo stato liquido con bassa viscosità e non hanno uno stato gassoso. In forma solida, i polimeri possono trovarsi in stati vetrosi, altamente elastici e viscosi. I polimeri con molecole lineari o ramificate possono cambiare da uno stato all'altro quando cambia la temperatura, che si manifesta nel processo di deformazione del polimero. Nella fig. La Figura 9 mostra la dipendenza della deformazione dalla temperatura.

Riso. 9 Curva termomeccanica di un polimero amorfo: T C , T T, T p - rispettivamente temperature di transizione vetrosa, fluidità e inizio della decomposizione chimica; I - III - zone di stato di flusso vetroso, altamente elastico e viscoso, rispettivamente; Δ l- deformazione.

La struttura spaziale della disposizione delle molecole determina solo lo stato vetroso del polimero. A basse temperature tutti i polimeri si deformano elasticamente (Fig. 9, zona I). Al di sopra della temperatura di transizione vetrosa T c un polimero amorfo con struttura lineare si trasforma in uno stato altamente elastico ( zona II), e la sua deformazione negli stati vetroso e altamente elastico è reversibile. Riscaldamento sopra il punto di scorrimento T t trasferisce il polimero ad uno stato di flusso viscoso ( zona III). La deformazione di un polimero in uno stato di flusso viscoso è irreversibile. Un polimero amorfo con una struttura spaziale (a rete, reticolata) non ha uno stato di flusso viscoso; la regione di temperatura dello stato altamente elastico si espande alla temperatura di decomposizione del polimero T R. Questo comportamento è tipico di materiali come la gomma.

La temperatura di una sostanza in qualsiasi stato di aggregazione caratterizza l'energia cinetica media delle sue particelle (atomi e molecole). Queste particelle nei corpi possiedono principalmente l'energia cinetica dei movimenti vibrazionali rispetto al centro di equilibrio, dove l'energia è minima. Quando viene raggiunta una certa temperatura critica, il materiale solido perde la sua forza (stabilità) e si scioglie, e il liquido si trasforma in vapore: bolle ed evapora. Queste temperature critiche sono i punti di fusione e di ebollizione.

Quando un materiale cristallino viene riscaldato ad una certa temperatura, le molecole si muovono così energicamente che i legami rigidi nel polimero si rompono e i cristalli vengono distrutti - passano allo stato liquido. La temperatura alla quale i cristalli e il liquido sono in equilibrio è chiamata punto di fusione del cristallo o punto di solidificazione del liquido. Per lo iodio, questa temperatura è 114 o C.

Ogni elemento chimico ha un punto di fusione individuale T pl, separando l'esistenza di un solido e di un liquido, e il punto di ebollizione T kip, corrispondente alla transizione del liquido in gas. A queste temperature le sostanze sono in equilibrio termodinamico. Un cambiamento nello stato di aggregazione può essere accompagnato da un brusco cambiamento di energia libera, entropia, densità e altri quantità fisiche.

Per descrivere i vari stati in la fisica utilizza un concetto più ampio fase termodinamica. I fenomeni che descrivono le transizioni da una fase all'altra sono detti critici.

Quando riscaldate, le sostanze subiscono trasformazioni di fase. Quando il rame fonde (1083 o C) si trasforma in un liquido in cui gli atomi hanno solo un ordine a corto raggio. Alla pressione di 1 atm, il rame bolle a 2310 o C e si trasforma in rame gassoso con atomi di rame disposti in modo casuale. Al punto di fusione, le pressioni di vapore saturo del cristallo e del liquido sono uguali.

Il materiale nel suo insieme è un sistema.

Sistema- un gruppo di sostanze combinate fisico, interazioni chimiche o meccaniche. Fase chiamata parte omogenea di un sistema, separata dalle altre parti confini dell'interfaccia fisica (in ghisa: grafite + grani di ferro; in acqua con ghiaccio: ghiaccio + acqua).Componenti I sistemi sono le diverse fasi che compongono un dato sistema. Componenti del sistema- sono le sostanze che costituiscono tutte le fasi (componenti) di un dato sistema.

I materiali costituiti da due o più fasi lo sono disperso sistemi I sistemi dispersi si dividono in sol, il cui comportamento ricorda quello dei liquidi, e gel con le proprietà caratteristiche dei solidi. Nei sol il mezzo di dispersione in cui è distribuita la sostanza è liquido; nei gel predomina la fase solida. I gel sono metallo semicristallino, cemento, una soluzione di gelatina in acqua a basse temperature (ad alte temperature la gelatina si trasforma in un sol). Un idrosol è una dispersione in acqua, un aerosol è una dispersione in aria.

Diagrammi di stato.

In un sistema termodinamico, ogni fase è caratterizzata da parametri come la temperatura T, concentrazione Con e pressione R. Per descrivere le trasformazioni di fase, viene utilizzata un'unica caratteristica energetica: l'energia libera di Gibbs ΔG(potenziale termodinamico).

La termodinamica nel descrivere le trasformazioni si limita a considerare lo stato di equilibrio. Stato di equilibrio Il sistema termodinamico è caratterizzato dall'invarianza dei parametri termodinamici (temperatura e concentrazione, poiché nei trattamenti tecnologici R= const) nel tempo e l'assenza di flussi di energia e materia in esso - con condizioni esterne costanti. Equilibrio di fase- lo stato di equilibrio di un sistema termodinamico costituito da due o più fasi.

Per descrivere matematicamente le condizioni di equilibrio di un sistema, c'è regola della fase, derivato da Gibbs. Collega il numero di fasi (F) e di componenti (K) in un sistema di equilibrio con la variabilità del sistema, cioè il numero di gradi di libertà termodinamici (C).

Il numero di gradi di libertà termodinamici (varianza) di un sistema è il numero di variabili indipendenti, sia interne (composizione chimica delle fasi) che esterne (temperatura), alle quali possono essere assegnati vari valori arbitrari (entro un certo intervallo) in modo che nuove fasi non appaiano e le vecchie fasi non scompaiano.

Equazione della regola delle fasi di Gibbs:

C = K - F + 1.

Secondo questa regola, in un sistema a due componenti (K = 2), sono possibili i seguenti gradi di libertà:

Per uno stato monofase (F = 1) C = 2, cioè è possibile modificare la temperatura e la concentrazione;

Per uno stato bifase (F = 2) C = 1, cioè è possibile modificare un solo parametro esterno (ad esempio la temperatura);

Per uno stato trifase, il numero di gradi di libertà è zero, cioè la temperatura non può essere modificata senza disturbare l'equilibrio nel sistema (il sistema è invariante).

Ad esempio, per un metallo puro (K = 1) durante la cristallizzazione, quando ci sono due fasi (F = 2), il numero di gradi di libertà è zero. Ciò significa che la temperatura di cristallizzazione non può essere modificata finché il processo non è completato e rimane una fase: il cristallo solido. Dopo la fine della cristallizzazione (Ф = 1), il numero di gradi di libertà è 1, quindi è possibile modificare la temperatura, cioè raffreddare il solido senza disturbare l'equilibrio.

Il comportamento dei sistemi in funzione della temperatura e della concentrazione è descritto da un diagramma di fase. Il diagramma di fase dell'acqua è un sistema con un componente H 2 O, quindi il maggior numero di fasi che possono essere contemporaneamente in equilibrio è tre (Fig. 10). Queste tre fasi sono liquido, ghiaccio, vapore. Il numero di gradi di libertà in questo caso è zero, cioè Né la pressione né la temperatura possono essere modificate senza che nessuna delle fasi scompaia. Il ghiaccio ordinario, l'acqua liquida e il vapore acqueo possono esistere simultaneamente in equilibrio solo ad una pressione di 0,61 kPa e ad una temperatura di 0,0075 ° C. Il punto in cui coesistono tre fasi è chiamato punto triplo ( O).

Curva sistema operativo separa le regioni del vapore e del liquido e rappresenta la dipendenza della pressione del vapore acqueo saturo dalla temperatura. La curva OS mostra quei valori correlati di temperatura e pressione ai quali l'acqua liquida e il vapore acqueo sono in equilibrio tra loro, quindi è chiamata curva di equilibrio liquido-vapore o curva di ebollizione.

Fig 10 Diagramma dello stato dell'acqua

Curva OB separa la regione liquida dalla regione del ghiaccio. È la curva di equilibrio solido-liquido ed è chiamata curva di fusione. Questa curva mostra quelle coppie interrelate di valori di temperatura e pressione alle quali il ghiaccio e l'acqua liquida sono in equilibrio.

Curva O.A. chiamata curva di sublimazione e mostra le coppie interconnesse di valori di pressione e temperatura alle quali il ghiaccio e il vapore acqueo sono in equilibrio.

Un diagramma di fase è un modo visivo per rappresentare le regioni di esistenza di diverse fasi a seconda delle condizioni esterne, come pressione e temperatura. I diagrammi di stato vengono utilizzati attivamente nella scienza dei materiali in varie fasi tecnologiche della produzione del prodotto.

Un liquido si differenzia da un solido cristallino per bassi valori di viscosità (attrito interno delle molecole) e alti valori di fluidità (il reciproco della viscosità). Un liquido è costituito da molti aggregati di molecole, all'interno dei quali le particelle sono disposte in un certo ordine, simile all'ordine dei cristalli. Natura unità strutturali e l'interazione interparticellare determina le proprietà del liquido. Esistono liquidi: monoatomici (gas nobili liquefatti), molecolari (acqua), ionici (sali fusi), metallici (metalli fusi), semiconduttori liquidi. Nella maggior parte dei casi, il liquido non è solo uno stato di aggregazione, ma anche una fase termodinamica (liquida).

Le sostanze liquide sono molto spesso soluzioni. Soluzione sostanza omogenea, ma non chimicamente pura, è costituita da una sostanza disciolta e da un solvente (esempi di solvente sono acqua o solventi organici: dicloroetano, alcool, tetracloruro di carbonio, ecc.), quindi è una miscela di sostanze. Un esempio è una soluzione di alcol in acqua. Sono però soluzioni anche miscele di sostanze gassose (ad esempio aria) o solide (leghe metalliche).

Quando raffreddato in condizioni di bassa velocità di formazione di centri di cristallizzazione e un forte aumento della viscosità, può verificarsi uno stato vetroso. I vetri sono materiali solidi isotropi ottenuti sottoraffreddando composti inorganici e organici fusi.

Sono note molte sostanze la cui transizione dallo stato cristallino a quello liquido isotropo avviene attraverso uno stato liquido cristallino intermedio. È tipico delle sostanze le cui molecole hanno la forma di lunghe aste (aste) con una struttura asimmetrica. Tali transizioni di fase, accompagnate da effetti termici, causano bruschi cambiamenti nelle proprietà meccaniche, ottiche, dielettriche e di altro tipo.

Cristalli liquidi, come un liquido, possono assumere la forma di una goccia allungata o di un vaso, hanno un'elevata fluidità e sono in grado di fondersi. Sono ampiamente utilizzati in vari campi della scienza e della tecnologia. Le loro proprietà ottiche dipendono fortemente da piccoli cambiamenti nelle condizioni esterne. Questa funzione viene utilizzata nei dispositivi elettro-ottici. In particolare, i cristalli liquidi vengono utilizzati nella fabbricazione di orologi da polso elettronici, apparecchiature visive, ecc.

I principali stati di aggregazione includono plasma- gas parzialmente o completamente ionizzato. In base al metodo di formazione, si distinguono due tipi di plasma: termico, che si verifica quando il gas viene riscaldato a temperature elevate, e gassoso, che si forma durante le scariche elettriche in un ambiente gassoso.

I processi chimico-plasma hanno assunto un ruolo importante in numerosi rami della tecnologia. Sono utilizzati per tagliare e saldare metalli refrattari, sintesi di varie sostanze, fonti di luce al plasma sono ampiamente utilizzate, l'uso del plasma nelle centrali termonucleari è promettente, ecc.