Агрегатные состояния вещества

Слайд 1. Агрегатные состояния вещества

Модели строения твердых тел, жидкостей и газов

Слайд 2. Цели нашего занятия

Изучить три основных состояния вещества

Рассмотреть молекулярное строение газов, жидкостей и твердых тел

Объяснить физические свойства тел на основе моделей их строения

Узнать, как движутся и взаимодействуют частицы в разных средах

Слайд 3. Что такое агрегатное состояние?

Агрегатное состояние — это состояние одного и того же вещества (например, воды, железа или кислорода), которое зависит от условий окружающей среды: температуры и давления. При переходе из одного состояния в другое химический состав молекул не меняется, меняется лишь их взаимное расположение и характер движения.

Слайд 4. Газообразное состояние

Слайд 5. Модель строения газа

В газах расстояние между молекулами многократно превышает размеры самих молекул ($r\gg d$). Притяжение между частицами очень слабое, поэтому они движутся свободно и хаотично, заполняя весь доступный объем сосуда.

Слайд 6. Свойства газов

Не имеют собственной формы

Не имеют постоянного объема

Легко сжимаются под внешним давлением

Занимают всё предоставленное им пространство

Слайд 7. Жидкое состояние

Слайд 8. Модель строения жидкости

Молекулы в жидкостях расположены почти вплотную друг к другу ($r\approx d$). Они не имеют строгого порядка, как в кристаллах, но и не разлетаются, как в газах. Частицы совершают колебания и периодические «перескоки» в новые положения равновесия.

Слайд 9. Свойства жидкостей

Сохраняют объем, но принимают форму сосуда

Обладают текучестью

Практически несжимаемы

Молекулы совершают «оседлое» движение с перескоками

Слайд 10. Твердое состояние

Слайд 11. Модель твердого тела

В твердых телах (кристаллах) частицы расположены в строгом геометрическом порядке, образуя кристаллическую решетку. Силы притяжения настолько велики, что частицы лишь колеблются около узлов этой решетки.

Слайд 12. Свойства твердых тел

Сохраняют и форму, и объем

Обладают высокой прочностью

Практически несжимаемы

Частицы совершают только колебательные движения

Слайд 13. Сравнительная характеристика

Слайд 14. Схема фазовых переходов

Слайд 15. Расстояния и размеры

Важно понимать масштаб: если представить молекулу газа размером с теннисный мяч, то среднее расстояние до соседней молекулы в воздухе составит около 3 метров. В жидкостях и твердых телах эти «мячи» будут практически касаться друг друга.

Слайд 16. Характер движения частиц

В газах движение полностью хаотично. В жидкостях молекула колеблется некоторое время на одном месте, а затем перескакивает в соседнюю свободную «дырку».

В твердых телах частицы «привязаны» к своим местам. Они дрожат (колеблются), но не могут покинуть свой узел решетки без внешнего воздействия.

Слайд 17. Вещество состоит из частиц, которые находятся в непрерывном хаотическом движении и взаимодействуют друг с другом.

— Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ)

Слайд 18. Относительная сила взаимодействия

Диаграмма наглядно показывает, насколько силы притяжения в твердых телах и жидкостях превосходят силы взаимодействия в газах.

Слайд 19. Доказательство движения: Диффузия

Явление диффузии подтверждает, что молекулы движутся. В газах она происходит мгновенно (запах духов), в жидкостях — минуты (чай), в твердых телах — годы (сращивание металлов).

Слайд 20. Разнообразие структур

Кристаллические тела (лед, соль, металлы)

Аморфные тела (стекло, смола, пластик)

Поликристаллы

Монокристаллы

Слайд 21. Связь строения и свойств

Свойства тел (твердость, текучесть, сжимаемость) не случайны — они являются прямым следствием того, как расположены и как сильно связаны между собой частицы.

Слайд 22. Плазма — четвертое состояние

При сверхвысоких температурах (как на Солнце) атомы теряют электроны, и газ превращается в плазму. Это самое распространенное состояние вещества во Вселенной, хотя на Земле в естественных условиях оно встречается редко.

Слайд 23. Подведем итоги

Вещество может существовать в трех основных состояниях: газ, жидкость, твердое тело

Свойства зависят от расстояния, взаимодействия и движения молекул

В газах молекулы далеко и свободны, в жидкостях — близко и текучи, в твердых телах — в узлах решетки

Переход между состояниями происходит при изменении энергии системы

Слайд 24. Вопрос

Молекулы твердого тела находятся в непрерывном движении. Почему же твердые тела не распадаются на отдельные молекулы?

Слайд 25. Ответ:

Потому что между молекулами твердого тела действуют силы взаимного притяжения. Эти силы удерживают молекулы вместе, не давая им разлететься, несмотря на их тепловое движение. Молекулы лишь колеблются около положений равновесия.

Слайд 26. Вопрос

Почему разломанный карандаш мы не можем соединить так, чтобы он вновь стал целым?

Слайд 27. Ответ

Силы межмолекулярного притяжения действуют только на очень малых расстояниях (соизмеримых с размерами самих молекул). Когда мы ломаем карандаш, на поверхности излома возникают неровности, и при простом прикладывании кусков друг к другу расстояние между молекулами на стыке остается слишком большим для того, чтобы силы притяжения смогли «схватить» их обратно.

Слайд 28. Вопрос

Почему после дождя пыль на дороге не поднимается?

Слайд 29. Ответ

Вода смачивает частицы пыли и заполняет промежутки между ними. Между молекулами воды и пыли, а также между самими молекулами воды возникают силы притяжения (поверхностное натяжение и адгезия), которые склеивают пылинки друг с другом и с дорогой, делая их тяжелее и не давая ветру поднять их.

Слайд 30. Вопрос

Почему для разделения листов бумаги, смоченных водой, требуется значительно большее усилие, чем при перелистывании сухих страниц книги?

Слайд 31. Ответ

Вода проникает в поры бумаги и создает тонкие прослойки между листами. Между молекулами воды и бумаги, а также между молекулами самой воды действуют силы притяжения. Чтобы разъединить листы, нужно преодолеть эти силы сцепления, что требует дополнительного усилия.

Слайд 32. Вопрос

Почему на классной доске пишут мелом, а не куском белого мрамора? Что можно сказать о взаимодействии между частицами этих веществ?

Слайд 33. Ответ

Мел — вещество более мягкое и рыхлое; силы притяжения между его частицами слабее, чем силы притяжения между частицами мела и поверхностью доски (или сила трения). Поэтому при проведении мелом по доске его частички отрываются и остаются на поверхности. У мрамора силы связи между частицами (кристаллическая решетка) очень велики, он твердый и прочный, поэтому он не крошится при касании доски, а лишь скользит по ней (или царапает её), не оставляя следа.

Слайд 34. Вопрос

У какого из веществ (свинца, воска, цинка) при нормальных условиях сила притяжения между частицами наибольшая; наименьшая?

Слайд 35. Ответ

Наибольшая: у цинка. Это металл с высокой температурой плавления (~420 °C), что свидетельствует о прочной кристаллической решетке и сильном притяжении между атомами.

Наименьшая: у воска. Это аморфное вещество с низкой температурой плавления (60–70 °C), оно легко деформируется и плавится, значит, силы притяжения между его молекулами самые слабые из перечисленных.

Свинец занимает промежуточное положение: он металл, но очень мягкий и легкоплавкий (327 °C), поэтому силы притяжения у него слабее, чем у цинка, но сильнее, чем у воска

Слайд 36. Спасибо за внимание!