Заттың күйі

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

1) Кіріспе . . . 2

Мазмұны

2) Заттардың қатты күйі . . . 3

2. 1) Заттардың сұйық күйі . . . 4

2. 2) Заттардың газ тәрізді күйі . . . 6

2. 3) Заттардың агрегаттық күйлерінің өзгеруі . . . 7

3) Қорытынды . . . 9

4) Пайдалынылған әдебиеттер . . . 11

Заттардың қатты күйі

Қатты денелер деп өзiнiң көлемi мен формасын сақтайтын денелердi айтады. Бөлшектердiң өзара тартылу күшi өте үлкен, оның әсерiнен молекулалар өзiне көршi орналасқан молекулалардан едәуiр ұзап кете алмайды. Олар кеңiстiкте тығыз, периодты турде қайталанатын ретпен орналасқан. Қатты заттардың молекулалары бір-біріне жақын орналасқан, молекулалар арасындағы арақашықтық молекулалардың өлшемімен бірдей. Атомдар бір-бірімен берік байланысқан әрі тығыз орналасқан . Олар бір-бірінен алыстап кете алмайды, тек қана аздап тербеліс жасап қозғала алады. Қатты күйдегі заттардың тығыздығы жоғары болады және көлемі мен пішіні сақталады.

Әр күйдегі заттардың молекулалары да әр түрлі әрекеттеседі. Осыған байланысты олардың касиеттері де өзгеріп отырады. Мысалы, қатты күйдегі денені қысып сығу немесе тартып созу өте қиын. Ол өзінің пішінін де, көлемін де өзгертпей, сақтайды. Көптеген денелер қатты күйге ауысканда оны құрайтын молекулалар (атомдар) кристалдық тop құрайды.

Дененін созылуға да, сығылуға да қарсылық жасап, пішіні мен көлемін сақтауы олардың молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесу күштері арқылы түсіндіріледі. Молекулалардың арасында тартылыс күші де, тебіліс күші де болады. Белгілі бір rО ара қашықтықта молекулалардың арасындағы тартылыс күші тебіліс күшін теңгереді. Ал молекулалардың ара қашықтығы rO-ден кіші болса (r<rO), онда олардың арасындағы тебіліс күші тартылыс күшінен үлкен болады. Сөйтіп, қатты денені сығу қиындай түседі. Кері жағдайда, яғни r>rO болса, онда молекулалардың арасындағы тартылыс күші тебіліс күшінен артық болады да, қатты денені созу қиынға түседі.

Пішіні мен көлемін сақтау - қатты денеге тән қасиет.

Жеткілікті төмен температурада барлық заттар агрегаттық күйге өтеді. Бұл кезде молекула, атом, иондар арасындағы тартылыс күштері мен тебіліс күштері теңесіп, нәтижесінде зат белгілі бір пішінге ие болады. Сонымен қатар деформациялану қасиетіне ие болады. Деформациялану қабілетіне қарай барлық қатты заттар серпімді, жұмсақ және шытынауық болып үшке бөлінеді. Құрылымына қарай қатты заттар кристалды және аморфты болып 2-ге бөлінеді.

1. Кристалды заттардың белгілі бір тәртіпті ішкі құрылымы болады. Олардың тұрақты, нақты балқу температурасы болады. Кристалдық денелерге анизотропия құрылысы тән, яғни кристалдың әртүрлі бағытта бірдей емес қасиеттері болады.

2. Аморфты денелерді құрайтын бөлшектердің орналасуында белгілі бір тәртіп болмайды және олар изотропты, яғни оның қасиеттері барлық уақытта бірдей болады.

Қыздырғанда олар алдымен белгілі бір температура интервалында жұмсарады, олан соң өздерінің тұтқырлығын азайта отырып, сұйық ағынды күйге өтеді. Аморфты денелер құрылымы бойынша сұйықтарға ұқсас болады. Сондықтан оларды қатты суынған сұйықтықтар ретінде қарастырса болады.

Кейбір заттарды кристалды және аморфты күйде де алуға болады. Мысалы, кварц кристалл күйінде де тау хрусталі деп аталады және аморф күйінде де лағыл болуы мүмкін. Аморфты заттардың кристалдармен салыстырғанда энергия қоры үлкен болады. Сондықтан зат аморфты күйден біртінде кристалл күйге өтеді.

Құрылымық элементері және олардың арасындағы әсер ету күштер табиғатына қарай кристалдар 4-түрге бөлінеді:

1. Молекулалық торлы кристалдар - олардың кеңістік торларының бұрыштарында Вандер-вальс күштерімен байланысқан полярлы немесе полярсыз молекулалар болады. Мысалы, құрғақмұз, нафталин, кәдімгі мұз.

Молекулалар арасындағы күштер әлсіз болғандықтан, мұндай заттар берік болмайды, балқу және қайнау температурасы төмен болады. 2. Атмосфералық торлы кристалдар - олардың торларының бұрыштарында кеңістікте белгілі бір бағытталған және бір-бірден ковалентті байланыспен байланысқан атомдар болады. Мысалы: графит, алмаз, бор, тб. Бұл заттар өте берік, қатты болады, балқу температурасы жоғары, ерігіштігі төмен. 3. Иондық торлы кристалдар - олардың торларының бұрыштарында бір-бірімен электростатикалық тартылыс күштерімен байланысқан оң және теріс зарядталған иондар болады. Мысалы: тұздар, оксидтер, миенралдар. Бұлар суда жақсы ериді. Ерітінділері және балқымалары электр тогін жақсы өткізеді. 4. Металдық торлы кристалдар - олардың кеңістік торларының бұрыштарында, түйіндерінде негізделген оң зарядталған иондар болады. Ал осы иондардың арасындағы кеңістікте бос күйіндегі электрондар болады. Олар өзіндік электрондық газ құрайды, осы бос электрондар электр өткізгіштік сияқты қасиеттерді анықтайды.

Заттардың сұйық күйі

Сұйық деп, пiшiнi жоқ, бiрақ белгілі көлемi бар денелердi айтады. Өзiнiң құрылымы мен жылулық қозғалысының сипаттамасы бойынша олар газ бен қатты денелердiң арасында орын алады. Сұйықтың әрбiр молекуласы барлық жағынан көршi тұрған молекулалармен қысылады, яғни сұйық молекулалары бiр орында тербелiп тұрады. Кез-келген молекула қасындағы молекуланың орнын басуға мүмкiндiгi бар. Осындай орын ауыстырулар секiрiс түрiнде жиi болып отырады. Секiрiстер арасындағы уақыт молекуланың отырқшы өмiр уақыты деп аталады. Сұйықтың молекулалары белгiлi бiр центрге бекiтiлмеген, олар бүкiл көлемде қозғалыс жасай алады. Жақын тұрған молекулалар арасындағы өзара қатынасының күштiлiгi соншалықты қатты болғандықтан, бiрнеше молекулалар локалдi реттелген группа құра алады. Бұл құбылысты бөлшектердiң орналасуындағы жақын орналасу тәртiбi деп атайды. Сұйықтықтың аққыштық қасиетi бар. Молекулалары тығыз орналасқандықтан сұйықтар аз сығылады. Сұйықтықтың басқа агрегаттық күйлерден басты айырмашылығы - көлемін түрақты түрде сақтай отырып жанама күштердің әсерінен өзінің формасын шексіз түрде өзгерте алуы. Сұйықтық үлкен қысымда тұтқыр күйде кездеседі. Сұйық бөлшектерінің орналасуы қатаң тәртіппен орналасқан қатты дене бөлшектерінің орналасуынан айтарлықтай айырмашылығы жоқ. Сұйық бөлшектерінің арасында оларды бірінің қасына бірін ұстап тұратын, белгілі бір өзара әсер күштері болады. Сондықтан да сұйықты сығу қиын, сұйық өзінің көлемін өзгерте алмайды. Бірақ сұйықтың барлық көлемі нақты қатаң тәртіп сақтамайды. Бөлшектер басқа бөлшектермен қоршалып қысылады да, ол «бір орында тыпырышып тұрады».

Көрші бөлшектермен соқтығысып, тепе-теңдік қалпының маңайында тербеледі. Олар әлсін-әлсін «құрылған тордан» секіріп шығады, бірақ сол мезетте-ақ көрші бөлшектерден түзілген жаңа «торға» түседі.

Булану және конденсациялану

Сұйықтың буға айналу құбылысы булану деп аталады. Оның газтәріздес (бу) күйге айналынуының екі тәсілі бар: кебу және қайнау.

Сұйықтың бетінде болатын булану құбылысы кебу деп аталады. Сұйық ішінде кез келген температурада оның сыртына ұшып шығып кете алатын жеткілікті түрде жоғары жылдамдықпен қозғалатын белгілі бір молекулалар саны болады. Демек, булану кез келген температурада жүре береді.

Булану жылдамдығы температураға тәуелді: сұйықтың температурасы неғұрлым жоғары болса, булану соғұрлым тезірек жүреді.

Өзінің сұйығымен динамикалық тепе-теңдік тұрған бу қаныққан бу деп аталады.

Сондықтан сұйықта қалған молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы да азаяды. Демек, буланатын сұйықтың ішкі энергиясы азаяды. Ал егер сырттан энергия келмесе, буланатын сұйық суиды.

Енді булануға кері процесті қарастырайық. Будың сұйыққа айналу құбылысы конденсация деп аталады (латын конденсаре - «қойылту» деген сөзінен шыққан) .

Заттардың газ тәрізді күйі

Газ (фр. gas, гр. chaos - бей-берекет) - заттың атомдары мен молекулалары бір-бірімен әлсіз байланысқандықтан, кез келген бағытта еркін қозғалатын және өзіне берілген көлемге толық жайылып орналасатын агрегаттық күйі. «Газ» атауын ғылыми қолданысқа 17 ғасырдың басында голланд ғалымы Ян Баптист ван Гельмонт енгізген. Газ молекулаларының соқтығысу уақыты олардың еркін жолға кететін уақытынан әлдеқайда аз болады. Химиялық элементтердің өте кіші бөлшекке бөлініп, бейтарап ұшуы. Газ молекулалары да, сұйық молекулалары сияқты ретсіз орналасады. Алайда, газ бен сұйықтық арасында елеулі айырмашылық бар. Сұйыққа қарағанда газдың көлемін оп-оңай өзгертуге болады. Мысалы, газ мейлінше оңай сығылады. Допты қолмен-ақ сығып, оның ішіндегі ауаның көлемін едәуір кішірейте аламыз. Газдардың қатты денелерден де, сұйықтықтардан да басты айырмашылығы - олар берілген көлемді түгел қамтып орналасады. Газдың тұрақты көлемі мен нақты пішіні болмайды, ол берілген көлемді түгел қамтиды. Газ тәрізді күй - заттардың (жұлдызаралық заттар, тұмандықтар, жұлдыздар, планеталардың атмосферасы, тағыда басқа) ғаламдағы ең көп таралған күйі. Химиялық қасиеттері бойынша газдар және олардың қоспалары (активтілігі аз инертті газдар мен қопарылғыш газдар қоспасына дейін) сан алуан болып келеді. Газға атомдар мен молекулалардан тұратын жүйе ғана емес, кейде басқа бөлшектерден - фотондардан, электрондардан, броундық бөлшектерден, сондай-ақ плазмадан тұратын жүйелер де жатқызылады. Жоғарыда қарастырған заттардың агрегаттық үш күйі де табиғаттағы қалыпты жағдайда кездеседі. Ал, егер қысымды өзгеріссіз қалдырып, температураны жоғарылатсақ, 2000-5000° аралығында көптеген заттар әуелі үсақ бөлшектерге, сосын молекула, тіпті жекелеген атомдарға ыдырай бастайды, яғни диссоциацияланады. Температураны 5000°-тан жоғарылатқанда диссоциацияға түсіп, иондалмайтын заттар қатары сиреп, 1°-тан асқанда ыдырамаған заттар қалмайды. Осы күйді плазма дейді. Бұл - заттың төртінші күйі. Зат плазмалық күйде оларды аса қуатты электрлік, магниттік өріске енгізгенде де болады. Сонымен заттардың плазмалық күйде болуы үшін өте жоғары температура, аса күшті электрлік немесемагниттік өріс қажет екен. Жұлдыздар мен планеталар, космостық денелердің бәрі де плазмалық күйде.

Плазма терминін ғылым тіліне үстіміздегі ғасырдын, 20-жылдары американдық ғалым И. Ленгмюр енгізді, ол “жинақталған”, “жапсырылған” деген мағынаны береді. Сонымен плазма дегеніміз - құрамы тең мөлшерде, дербес түрінде оң және теріс зарядталған бөлшектен тұратын заттын, төртінші күйі. Плазмадағы он, және теріс зарядталған бөлшектер саны өзара тең болғандықтан, ол квазибейтарап. Егер оң зарядталған атом ядросы не ионы және теріс зарядталған электрондар аса сиретілген ортада, мысалы, ауасыз шыны түтіктің ішінде зарядталган бөлшектер қалпында ретсіз қозғалыста болса, бұл да плазма. Демек, плазманы алу үшін заттарды газды күйге айналдырып, сосын оны жоғарыда айтылғандай иондандырғыш ортаға енгізу керек. Плазманы екі түрге бөледі: изотермалық және газразрядты. Изотермалық плазма жоғары температура кезінде пайда болады немесе температура әсерінен заттар атомдары диссоциацияланып, оң және теріс зарядталған бөлшектерге айналады. Изотермалық плазма тұрақты және көп уақыт сақталады. Ол космос кеңістігінде кездесетін құбылыс. Жер атмосферасының қабаты да өз алдына өзгешелігі бар плазма түрі. Газразрядты плазма электрлік разряд кезінде пайда болады. Оған үйлердегі, көшелердегі түрлі-түсті жазуларды көрсетіп тұрған, ішінде электр жарығы бар шыны түтіктер мысал. Демек, газразрядты плазма, электр тогы (өрісі) беріліп тұрғанда ғана тұрақты да, ол жоқ болса, плазма да жоқ. Плазманың теммпературасыбірнеше ондаған мың градусқа өтеді. Алайда плазманы құрайтын зарядталған бөлшектердің, біріншіден, ол аса сиретілген газ сияқты, концентрациясы өте аз, екіншіден, жылу өзін қоршаған ортаға таралып үлгермейді. Плазманың келесі бір қасиеті - оның электр өткізгіштігі. Плазма температурасы жоғарылаған сайын оның электр өткізгіштігі артады. Олай болса, плазма арқылы бірнеше жүз, мың, тіпті миллиондаған амперлік ток күші бар кернеуді тасымалдауға болады. Плазма арқылы жіберілген ток плазмалық өткізгіш айналасында магнит өрісін туғызады да, осы өріс ішінде электрондар мен иондар тобын жинақтап, плазмалық бау жасайды. Бұл да плазма ішіндегі жылуды түтік қабырғасына жеткізбейтіндіктен, ондай түтікті шамдар шамалы ғана жылынады. Мұндай плазмалық баудың электромагниттік өрістегі кысылуы ондағы ток күшіне тәуелді, яғни плазма арқылы жіберілген ток күші көбейген сайын плазмалық баудың қысымы артады. Осы негізгі сипатты пайдаланып, плазманың температурасы мен қысымын бірнеше мыңдаған рет еселей көтеруге болады. Қазіргі атомдық электр станциялары мен термоядролық реакторлар жұмысы плазманың осы қасиетіне негізделген.

Заттардың агрегаттық күйлерінің өзгеруі

Затты бір күйден екінші бір күйге қалай ауыстыруға болады? Мұндай өзгерістерді жүргізу үшін белгілі бір жағдайлар жасау керек. Мысалы, мұз еру үшін оны алдымен балқу температурасына дейін (0°С) қыздыру қажет. Тоңазытқыштан алған мұздың бірден еріп кетпейтінін байқағанбыз, бұл - оның бастапқы температурасы 0°С-тан төмен болған деген сөз. Яғни, біз оны алдымен көрсетілген температураға дейін қыздырамыз. Буға тезірек айналдыру үшін суды қайнату қажет. Су 100°С-та қайнайды. Кез келген заттың өзіне тән қайнау және балқу температурасы болады. Мысалы, оттек қатты күйден сұйық күйге - 218°С-та айналады, ал балқу температурасы ең төмен гелий -272°С-та балқиды. Ең қиын балқитын металл - вольфрам, оны балқыту үшін 3410°С-қа дейін қыздыру қажет. Ең оңай балқитын металл - сынап (-39°С) . Біз судың үш агрегаттық күйі бар деп есептейміз . Шындығында, олардың саны 15 агрегаттық күйден асады. Егер кейбір заттардың қайнау температураларын қарастырсақ, онда біз гелийдің қайнау температурасы рекордтық температураға (-269°С) ие екенін көреміз, ол осы температурада сұйық күйден газға айналады, азот -196С, ал оттек -183°С-та қайнайды. Мұндай температураға жету өте қиын. Табиғи жағдайларда мұндай төмен температура болмайды. Сондықтан біз бұл заттарды тек қана газ күйінде кездестіреміз. Вольфрамның қайнау температурасы ең жоғары - °С.

Молекула аралық өзара әсер -электрлік қасиеті жағынан бейтарап молекулалар немесе атомдар арасындағы өзара әсер. Молекула аралық өзара әсер молекула аралық қашықтыққа (r) тәуелді және өзара әсердің потенциалдық энергиясы U(r) арқылы өрнектеледі. Заттардың көптеген қасиеттері мен агрегаттық күйі осы U(r) -дің шамасы арқылы анықталады. Молекула аралық өзара әсер ұғымын (1873) голланд ғалымы Я. Д. Ван-дер-Ваальс нақты газдар мен сұйықтықтардың қасиетін түсіндіруге қолданды. Оның болжамы бойынша бір-біріне жақын орналасқан молекулалар арасында тебіліс күштері әсер етеді де, ал молекула аралық қашықтық (r) артқанда бұл күштер тартылыс күштерімен алмасады. Осы болжамдарды пайдалана отырып ол нақты газдардың күй теңдеуін (Ван-дер-Ваальс теңдеуін) қорытып шығарды. Молекула аралық өзара әсердің табиғаты электрлік және ол тартылыс күштері (ориентац., индукц., дисперс. ) мен тебіліс күштерінен тұрады. Ориентациялық күштер полюсті молекулалар (дипольдік және квадрупольдік эл. моменттері бар) арасында әсер етеді. Ориентац. Молекула аралық өзара әсердің потенциалдық энергиясы Uор(r) ∼ p1⋅p2r-6, мұндағы p1, p2 өзара әсерлесетін молекулалардың дипольдік моменттері. Осыған сәйкесті өзара әсерлесу күші Fор=-∂Uор/∂r∼r-7. Индукциялық (поляризациялық) күштер полюсті және полюссіз молекулалардың және сонымен қатар полюсті молекулалардың да арасында әсер етеді. Индукц. Молекула аралық өзара әсердің потенциалдық энергиясы Uинд(r) ∼p1α2r-6-ге шамалас (мұндағы - α2 полюссіз екінші молекуланың поляризациялану коэфф. ) . Молекулалар арасындағы индукц. күштер r 7-не кері пропорционал ұинд∼r-7. Дисперсиялық Молекула аралық өзара әсер полюссіз молекулалар арасында байқалады. Бұл әсердің потенциалдық энергиясы Uдисп(r) ∼ α1⋅α2r-6 түрінде өрнектеледі, ал ұдисп∼ r-7 (α1, α2 өзара әсерлесетін молекулалардың поляризациялану коэффициенттері) . Молекула аралық өзара әсердің үш түрі де ара қашықтық артқан сайын кемиді: U=Uор+Uинд+Uдисп∼ r-6. Молекулалар арасындағы тебіліс күштері олардың өзара ара қашықтығы өте аз болғанда, яғни молекула құрамына енетін атомдардың электрондық қабықшалары бір-бірімен жанасып тұратындай қашықтықта орналасқанда ғана әсер етеді. Бұл кезде Паули принципіне сәйкес электрондық қабықшалар бір-біріне өте алмайды. Тәжірибе нәтижесінде алынған қорытынды бойынша: Uтеб(r) ∼r-12, яғни Fтеб∼r-13. Көбінесе Молекула аралық өзара әсерді сипаттау үшін Ленард-Джонс формуласы: U(r) =-ar-6+br-12 және Букингем формуласы: U(r) =-ar-6+ +bexp(-cr) пайдаланылады (мұндағы a, b, c тәжірибелер арқылы анықталатын параметрлер

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.