В каких веществах твердых жидких или газообразных происходит диффузия

24.10.2018



Содержание страницы

Диффузия в твердых телах, жидкостях и газах: определение, условия

Среди многочисленных явлений в физике процесс диффузии относится к одним из самых простых и понятных. Ведь каждое утро, готовя себе ароматный чай или кофе, человек имеет возможность наблюдать эту реакцию на практике. Давайте узнаем больше об этом процессе и условиях его протекания в разных агрегатных состояниях.

Что такое диффузия

Данным словом именуется проникновение молекул или атомов одного вещества между аналогичными структурными единицами другого. При этом концентрация проникающего соединений выравнивается.

Впервые этот процесс был подробно описан немецким ученым Адольфом Фиком в 1855 г.

Название данного термина было образовано от латинского отглагольного существительного diffusio (взаимодействие, рассеивание, распространение).

Диффузия в жидкости

Рассматриваемый процесс может происходить с веществами во всех трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Чтобы отыскать практические примеры этого, стоит просто заглянуть на кухню.

Варящийся на плите борщ – это один из них. Под действием температуры молекулы глюкозинбетанина (вещества, благодаря которому свекла обладает таким насыщенным алым цветом) равномерно реагируют с молекулами воды, придавая ей неповторимый бордовый оттенок. Данный случай — это пример диффузии в жидкостях.

Помимо борща, данный процесс можно увидеть и в стакане чая или кофе. Оба эти напитка имеют столь равномерный насыщенный оттенок благодаря тому, что заварка или частички кофе, растворяясь в воде, равномерно распространяются между ее молекулами, окрашивая ее. На этом же принципе построено действие всех популярных растворимых напитков девяностых: Yupi, Invite, Zuko.

Взаимопроникновение газов

Продолжая дальше искать проявления рассматриваемого процесса на кухне, стоит принюхаться и насладиться приятным ароматом, исходящим от букета свежих цветов на обеденном столе. Почему так происходит?

Атомы и молекулы, переносящие запах, находятся в активном движении и вследствие него перемешиваются с частицами, уже содержащимися в воздухе, и довольно равномерно рассеиваются в объеме помещения.

Это проявление диффузии в газах. Стоит отметить, что само вдыхание воздуха тоже относится к рассматриваемому процессу, как и аппетитный запах свежеприготовленного борща на кухне.

Диффузия в твердых телах

Кухонный стол, на котором стоят цветы, застелен скатертью яркого желтого цвета. Подобный оттенок она получила благодаря способности диффузии проходить в твердых телах.

Сам процесс придания полотну какого-то равномерного оттенка проходит в несколько этапов следующим образом.

  1. Частички желтого пигмента диффундировали в красильной емкости по направлению к волокнистому материалу.
  2. Далее они были впитаны внешней поверхностью окрашиваемой ткани.
  3. Следующим шагом была снова диффузия красителя, но на этот раз уже внутрь волокон полотна.
  4. В финале ткань зафиксировала частички пигмента, таким образом окрасившись.

Диффундирование газов в металлах

Обычно, говоря об этом процессе, рассматривают взаимодействия веществ в одинаковых агрегатных состояниях. Например, диффузия в твердых телах, твердых веществах. Для доказательства этого явления проводится опыт с двумя прижатыми друг к другу металлическими пластинами (золото и свинец). Взаимопроникновение их молекул происходит довольно долго (один миллиметр за пять лет). Этот процесс используется для изготовления необычных украшений.

Однако диффундировать способны и соединения в разных агрегатных состояниях. К примеру, существует диффузия газов в твердых телах.

В процессе экспериментов было доказано, что подобный процесс протекает в атомарном состоянии. Для его активации, как правило, нужно значительно повышение температуры и давления.

Примером такой газовой диффузии в твердых телах является водородная коррозия. Она проявляется в ситуациях, когда возникшие в процессе какой-нибудь химической реакции атомы водорода (Н2) под действием высоких температур (от 200 до 650 градусов Цельсия) проникают между структурными частицами металла.

Помимо водорода, в твердых телах диффузия кислорода и других газов также способна происходить. Этот незаметный глазу процесс приносит немало вреда, ведь из-за него могут рушиться металлические сооружения.

Диффундирование жидкостей в металлах

Однако не только молекулы газов могут проникать в твердые тела, но и жидкостей. Как и в случае с водородом, чаще всего такой процесс приводит к коррозии (если речь идет о металлах). Классическим примером диффузии жидкости в твердых телах является коррозия металлов под воздействием воды (Н2О) или растворов электролитов. Для большинства этот процесс более знаком под названием ржавления. В отличие от водородной коррозии, на практике с ним приходится сталкиваться значительно чаще.

Условия ускорения диффузии. Коэффициент диффузии

Разобравшись с тем, в каких веществах может происходить рассматриваемый процесс, стоит узнать об условиях его протекания.

В первую очередь быстрота диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии пребывают взаимодействующие вещества. Чем больше плотность материала, в котором происходит реакция, тем медленнее ее скорость.

В связи с этим диффузия в жидкостях и газах всегда будет проходить более активно, нежели в твердых телах.

К примеру, если кристаллы перманганата калия KMnO4 (марганцовка) бросить в воду, они в течение нескольких минут придадут ей красивый малиновый цвет. Однако если посыпать кристаллами KMnO4 кусочек льда и положить все это в морозилку, по прошествии нескольких часов перманганат калия так и не сможет полноценно окрасить замороженную Н2О.

Из предыдущего примера можно сделать еще один вывод об условиях диффузии. Помимо агрегатного состояния, на скорость взаимопроникновения частиц влияет также и температура.

Чтобы рассмотреть зависимость от нее рассматриваемого процесса, стоит узнать о таком понятии, как коэффициент диффузии. Так называется количественная характеристика ее скорости.

В большинстве формул она обозначается при помощи большой латинской литеры D и в системе СИ измеряется в квадратных метрах на секунду (м²/с), иногда — в сантиметрах за секунду (см 2 /м).

Коэффициент диффузии равен количеству вещества, рассеивающегося через единицу поверхности на протяжении единицы времени, при условии, что разность плотностей на обеих поверхностях (расположенных на расстоянии равном единице длины) равна единице. Критерии, определяющие D, – это свойства вещества, в котором происходит сам процесс рассеивания частиц, и их тип.

Зависимость коэффициента от температуры можно описать при помощи уравнения Аррениуса: D = D0exp(-E/TR).

В рассмотренной формуле Е – минимальная энергия, необходимая для активации процесса; Т – температура (измеряется по Кельвину, а не Цельсию); R – постоянная газовая, характерная для идеального газа.

Помимо всего вышеперечисленного, на скорость диффузии в твердых телах, жидкости в газах влияет давление и излучение (индукционное или высокочастотное). Кроме того, многое зависит от наличия катализирующего вещества, часто именно оно выступает в роли пускового механизма для начала активного рассеивания частиц.

Уравнение диффузии

Данное явление — частный вид уравнения дифференциального при частных производных.

Его цель — отыскать зависимость концентрации вещества от размеров и координат пространства (в котором оно диффундирует), а также времени. При этом заданный коэффициент характеризует проницаемость среды для реакции.

Чаще всего уравнение диффузии записывают следующим образом: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x [D(φ,r) ∇ φ (r, t)].

В нем φ (t и r) — плотность рассеивающегося вещества в точке r во время t. D (φ, r) — диффузии обобщенный коэффициент при плотности φ в точке r.

∇ — векторный дифференциальный оператор, компоненты которого по координатам относятся к частным производным.

Когда коэффициент диффузии зависим от плотности, уравнение является нелинейным. Когда нет — линейным.

Рассмотрев определение диффузии и особенности данного процесса в разных средах, можно отметить, что он имеет как положительные, так и отрицательные стороны.

в каких телах диффузия происходит быстрее при одинаковой температуре?

А. в газах.
Б. в жидкостях.
В. в твердых телах.
Г. в газах и жидкостях.

в газах, т к, больше пустот.

В газах из-за большего расстояния между молекул

Другие вопросы из категории

стать Д’артаньяну − ближе к носу корабля или ближе к корме?

с. , если в начальный момент времени он находился о него на растоянии 200 м.

катер,если средняя скорость всего пути составила,V =3км.ч. Помогите решить,с полным решением действий,зав контрольная,очень нужно сдать

Читайте также

Нагреть мяч. А. 1. Б. 2. В. 1 и 2.

В каких телах диффузия происходит быстрее при одинаковой температуре?
А. В газах.

и другое 2.В каком состоянии вещества, жидком или газообразном, диффузия будет протекать быстрее при одинаковой температуре. По­чему?

зике и рассказал, что они проходили на уроке физики:

«Все вещества состоят из молекул в независимости от их агрегатного сосотояния, но у всех газов малекулы маленькие и движутся быстро, а у твердых тел- большие и поэтому движутся медленнее, даже при одинаковой температуре.»

Если Рома ошибся то в чем?

а) все вещества состоят из молекул

б) молекулы всех газов малекулы маленькие, а твердых тел- большие

в) молекулы твердых тел движутся медленнее, малекулы газов быстрее при одинаковой температуре.

г) Рома правилльно изложил суть урока.

Какое из этих значений больше других по абсолютной шкале?

а) 10000г

б) 0,001 тонн

в) 10кг

г) 0,1 центнера

Расширение тел при нагревании, смешивание неоднородных житкостей, сжатие резинового мячика- все эти перечисленные явления показывают, что:

а) материя условно делится на поле и вещество

б) свойства веществ зависят от их агрегатного свойства

в) все тела сосотоят из очень маленьких частиц

г) при различных воздействиях на вещества в различных агрегатных состояниях, результат иследования не может быть предсказуем.

А. При температуре дерева больше, чем у металла.
Б.При одинаковой температуре металла и дерева.
В. Прп температуре дерева и металла, равной температуре человеческого тела.
Г.При температуре металла выше, чем у дерева.

Тест «Молекулы и их движение» к учебнику А.В. Перышкина Физика 7 класс

Тест можно использовать при изучении темы: «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах», задания с выбором ответа, базового уровня.

1. МОЛЕКУЛЫ И ИХ ДВИЖЕНИЕ

I. Может ли капля растительного масла беспредельно расте­каться по поверхности воды?

1. Может. Ей ничто не препятствует.

2. Нет. Будет растекаться до тех пор, пока толщина слоя не окажется равной размерам наименьшей частицы масла.

Выберите правильное определение.

II. Мельчайшие частицы, из которых

состоят различные вещества, называются.

III. Составные части мельчайших ча­стиц вещества называются.

IV. В каких веществах (твердых, жидких или газообразных) происходит диффузия?

1. Диффузия происходит только в газах.

2. Диффузия происходит только в жидкостях.

3. Диффузия происходит только в твердых телах.

4. Диффузия происходит в твердых, жидких и газообраз­ных телах.

V. Для того чтобы свежие огурцы быстрее засолились, их заливают горячим рассолом. Почему засолка огурцов в горячем рассоле протекает быстрее?

1. Быстро растворяется соль.

2. Расстояние между молекулами клетчатки огурцов ста­новится больше, и сам процесс протекает быстрее.

3. Скорость движения молекул увеличивается, и диффу­зия протекает быстрее.

VI. Между молекулами в веществе.

1. существует взаимное притяжение и отталкивание.

2. не существует ни притяжения, ни отталкивания.

3. существует только притяжение.

4. существует только отталкивание.

I. Все молекулы одного и того же вещества.

1. не отличаются друг от друга.

2. отличаются друг от друга.

II Молекулы различных веществ.

1. не отличаются друг от друга.

2. отличаются друг от друга.

III. Что такое диффузия?

1. Явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого.

2. Явление, при котором вещества смешиваются друг с другом.

3. Явление, при котором вещества сами собой смешиваются друг с другом.

IV. Какой важный вывод можно сделать из явления диффу­зии о строении вещества?

1. Молекулы всех веществ неподвижны.

2. Молекулы всех веществ непрерывно движутся.

3. Все тела состоят из мельчайших частиц.

V. Для того чтобы улучшить прочность некоторых стальных деталей, их поверхность пропитывают хромом. (Этот процесс’ называют хромированием.) При хромировании деталь помещают в порошок хрома и нагревают до температуры 1000 °С. Через 10—15 ч верхний слой стали пропитывается хромом. Какое при этом используется физическое явление?

2. Расширение тел при нагревании.

VI. Для какой цели нагревают стальные детали и хромовый порошок?

1 Увеличивается расстояние между молекулами стали, и между ними проникают частицы хрома.

2 Увеличивается скорость движения молекул обоих ве­ществ, и быстрее протекает диффузия.

3. Образуется сплав хрома и стали.

1. При нагревании металлов, жидкостей, воздуха объем их.

1. не изменяется, 2. увеличивается, 3. уменьшается,

II. потому что вещества .

1. состоят из отдельных частиц

2. являются непрерывными, сплошными

III. и при их нагревании промежутки между частицами .

1. уменьшаются. 2. увеличиваются. 3. не изменяются.

IV. Зависит ли диффузия от температуры?

1. Чем выше температура, тем диффузия протекает быстрее.

2. Чем выше температура, тем диффузия протекает мед­леннее.

3. Диффузия не зависит от температуры.

V. С одинаковой ли скоростью движутся молекулы в горячей и холодной воде?

2. В горячей воде скорость меньше, чем в холодной.

3. В горячей воде скорость больше, чем в холодной.

VI. Молекулы притягиваются друг к другу. Но почему между ними существуют промежутки и они не «слипаются» между собой? Это происходит потому, что они .

2. очень слабо притягиваются друг к другу.

3. при большом сближении отталкиваются друг от друга.

I. В стеклянную трубку наливают до по­ловины воды и затем осторожно доли­вают спирт (рис. 3,а). Измерив, уровень спирта, перемешивают его с водой. При этом оказывается, что объем получив­шейся смеси меньше суммы взятых объемов жидкостей (рис. 3,6). Какое из приведенных объяснений правиль­ное?

1. Вода и спирт ведут себя подобно зерну в мешке: когда мешок встря­хивают, то зерно уплотняется и объем его становится меньше.

2. Так как воду доливают спиртом, то столб спирта давит на воду, и она сжимается.

3. Между частицами воды имеются промежутки, в которых распола­гаются частицы спирта.

Из каких частиц состоит молекула…

III. водорода? 1. Из двух атомов водорода одного атома кислорода?

IV . воды? 2. Из одного атома кислорода и одного атома водорода.

3. Из двух атомов кислорода.

4. Из двух атомов водорода.

5. Из двух атомов кислорода и одного атома водорода.

V. В каких телах диффузия протекает быстрее: в твердых, жидких или газообразных?

1. Одинаково во всех телах. 3. В жидкостях.

2. В твердых телах. 4. В газах.

VI. С одинаковой ли скоростью движутся молекулы в непо­движном воздухе в жаркий летний день и зимой в сильный мороз?

2. Летом быстрее, чем зимой.

3. Зимой быстрее, чем летом.

Просмотр содержимого документа
«Тест «Молекулы и их движение» к учебнику А.В. Перышкина Физика 7 класс »

1. МОЛЕКУЛЫ И ИХ ДВИЖЕНИЕ

I. Может ли капля растительного масла беспредельно расте­каться по поверхности воды?

1. Может. Ей ничто не препятствует.

2. Нет. Будет растекаться до тех пор, пока толщина слоя не окажется равной размерам наименьшей частицы масла.

Выберите правильное определение.

II. Мельчайшие частицы, из которых

состоят различные вещества, называются.

III. Составные части мельчайших ча­стиц вещества называются.

IV. В каких веществах (твердых, жидких или газообразных) происходит диффузия?

1. Диффузия происходит только в газах.

2. Диффузия происходит только в жидкостях.

3. Диффузия происходит только в твердых телах.

4. Диффузия происходит в твердых, жидких и газообраз­ных телах.

V. Для того чтобы свежие огурцы быстрее засолились, их заливают горячим рассолом. Почему засолка огурцов в горячем рассоле протекает быстрее?

1. Быстро растворяется соль.

2. Расстояние между молекулами клетчатки огурцов ста­новится больше, и сам процесс протекает быстрее.

3. Скорость движения молекул увеличивается, и диффу­зия протекает быстрее.

VI. Между молекулами в веществе.

1. существует взаимное притяжение и отталкивание.

2. не существует ни притяжения, ни отталкивания.

3. существует только притяжение.

4. существует только отталкивание.

I. Все молекулы одного и того же вещества.

1. не отличаются друг от друга.

2. отличаются друг от друга.

II Молекулы различных веществ.

1. не отличаются друг от друга.

2. отличаются друг от друга.

III. Что такое диффузия?

1. Явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого.

2. Явление, при котором вещества смешиваются друг с другом.

3. Явление, при котором вещества сами собой смешиваются друг с другом.

IV. Какой важный вывод можно сделать из явления диффу­зии о строении вещества?

1. Молекулы всех веществ неподвижны.

2. Молекулы всех веществ непрерывно движутся.

3. Все тела состоят из мельчайших частиц.

V. Для того чтобы улучшить прочность некоторых стальных деталей, их поверхность пропитывают хромом. (Этот процесс’ называют хромированием.) При хромировании деталь помещают в порошок хрома и нагревают до температуры 1000 °С. Через 10—15 ч верхний слой стали пропитывается хромом. Какое при этом используется физическое явление?

2. Расширение тел при нагревании.

VI. Для какой цели нагревают стальные детали и хромовый порошок?

1 Увеличивается расстояние между молекулами стали, и между ними проникают частицы хрома.

2 Увеличивается скорость движения молекул обоих ве­ществ, и быстрее протекает диффузия.

3. Образуется сплав хрома и стали.

1. При нагревании металлов, жидкостей, воздуха объем их.

1. не изменяется, 2. увеличивается, 3. уменьшается,

II. потому что вещества .

1. состоят из отдельных частиц

2. являются непрерывными, сплошными

III. и при их нагревании промежутки между частицами .

1. уменьшаются. 2. увеличиваются. 3. не изменяются.

IV. Зависит ли диффузия от температуры?

1. Чем выше температура, тем диффузия протекает быстрее.

2. Чем выше температура, тем диффузия протекает мед­леннее.

3. Диффузия не зависит от температуры.

V. С одинаковой ли скоростью движутся молекулы в горячей и холодной воде?

2. В горячей воде скорость меньше, чем в холодной.

3. В горячей воде скорость больше, чем в холодной.

VI. Молекулы притягиваются друг к другу. Но почему между ними существуют промежутки и они не «слипаются» между собой? Это происходит потому, что они .

2. очень слабо притягиваются друг к другу.

3. при большом сближении отталкиваются друг от друга.

Газообразные вещества: примеры и свойства

На сегодняшний день известно о существовании более чем 3 миллионов различных веществ. И цифра эта с каждым годом растет, так как химиками-синтетиками и другими учеными постоянно производятся опыты по получению новых соединений, обладающих какими-либо полезными свойствами.

Часть веществ — это природные обитатели, формирующиеся естественным путем. Другая половина — искусственные и синтетические. Однако и в первом и во втором случае значительную часть составляют газообразные вещества, примеры и характеристики которых мы и рассмотрим в данной статье.

Агрегатные состояния веществ

С XVII века принято было считать, что все известные соединения способны существовать в трех агрегатных состояниях: твердые, жидкие, газообразные вещества. Однако тщательные исследования последних десятилетий в области астрономии, физики, химии, космической биологии и прочих наук доказали, что есть еще одна форма. Это плазма.

Что она собой представляет? Это частично или полностью ионизированные газы. И оказывается, таких веществ во Вселенной подавляющее большинство. Так, именно в состоянии плазмы находятся:

  • межзвездное вещество;
  • космическая материя;
  • высшие слои атмосферы;
  • туманности;
  • состав многих планет;
  • звезды.

Поэтому сегодня говорят, что существуют твердые, жидкие, газообразные вещества и плазма. Кстати, каждый газ можно искусственно перевести в такое состояние, если подвергнуть его ионизации, то есть заставить превратиться в ионы.

Газообразные вещества: примеры

Примеров рассматриваемых веществ можно привести массу. Ведь газы известны еще с XVII века, когда ван Гельмонт, естествоиспытатель, впервые получил углекислый газ и стал исследовать его свойства. Кстати, название этой группе соединений также дал он, так как, по его мнению, газы — это нечто неупорядоченное, хаотичное, связанное с духами и чем-то невидимым, но ощутимым. Такое имя прижилось и в России.

Можно классифицировать все газообразные вещества, примеры тогда привести будет легче. Ведь охватить все многообразие сложно.

По составу различают:

К первой группе относятся те, что состоят из одинаковых атомов в любом их количестве. Пример: кислород — О2, озон — О3, водород — Н2, хлор — CL2, фтор — F2, азот — N2 и прочие.

Ко второй категории следует относить такие соединения, в состав которых входит несколько атомов. Это и будут газообразные сложные вещества. Примерами служат:

Классификация по природе веществ

Также можно классифицировать виды газообразных веществ по принадлежности к органическому и неорганическому миру. То есть по природе входящих в состав атомов. Органическими газами являются:

  • первые пять представителей предельных углеводородов (метан, этан, пропан, бутан, пентан). Общая формула CnH2n+2;
  • этилен — С2Н4;
  • ацетилен или этин — С2Н2;
  • метиламин — CH3NH2 и другие.

К категории газов неорганической природы относятся хлор, фтор, аммиак, угарный газ, силан, веселящий газ, инертные или благородные газы и прочие.

Еще одной классификацией, которой можно подвергнуть рассматриваемые соединения, является деление на основе входящих в состав частиц. Именно из атомов состоят не все газообразные вещества. Примеры структур, в которых присутствуют ионы, молекулы, фотоны, электроны, броуновские частицы, плазма, также относятся к соединениям в таком агрегатном состоянии.

Свойства газов

Характеристики веществ в рассматриваемом состоянии отличаются от таковых для твердых или жидких соединений. Все дело в том, что свойства газообразных веществ особенные. Частицы их легко и быстро подвижны, вещество в целом изотропное, то есть свойства не определяются направлением движения входящих в состав структур.

Можно обозначить самые главные физические свойства газообразных веществ, которые и будут отличать их от всех остальных форм существования материи.

  1. Это такие соединения, которые нельзя увидеть и проконтролировать, ощутить обычными человеческими способами. Чтобы понять свойства и идентифицировать тот или иной газ, опираются на четыре описывающих их все параметра: давление, температура, количество вещества (моль), объем.
  2. В отличие от жидкостей газы способны занимать все пространство без остатка, ограничиваясь лишь величиной сосуда или помещения.
  3. Все газы между собой легко смешиваются, при этом у этих соединений нет поверхности раздела.
  4. Существуют более легкие и тяжелые представители, поэтому под действием силы тяжести и времени, возможно увидеть их разделение.
  5. Диффузия — одно из важнейших свойств этих соединений. Способность проникать в другие вещества и насыщать их изнутри, совершая при этом совершенно неупорядоченные движения внутри своей структуры.
  6. Реальные газы электрический ток проводить не могут, однако если говорить о разреженных и ионизированный субстанциях, то проводимость резко возрастает.
  7. Теплоемкость и теплопроводность газов невысока и колеблется у разных видов.
  8. Вязкость возрастает с увеличением давления и температуры.
  9. Существует два варианта межфазового перехода: испарение — жидкость превращается в пар, сублимация — твердое вещество, минуя жидкое, становится газообразным.

Отличительная особенность паров от истинных газов в том, что первые при определенных условиях способны перейти в жидкость или твердую фазу, а вторые нет. Также следует заметить способность рассматриваемых соединений сопротивляться деформациям и быть текучими.

Подобные свойства газообразных веществ позволяют широко применять их в самых различных областях науки и техники, промышленности и народном хозяйстве. К тому же конкретные характеристики являются для каждого представителя строго индивидуальными. Мы же рассмотрели лишь общие для всех реальных структур особенности.

Сжимаемость

При разных температурах, а также под влиянием давления газы способны сжиматься, увеличивая свою концентрацию и снижая занимаемый объем. При повышенных температурах они расширяются, при низких — сжимаются.

Под действием давления также происходят изменения. Плотность газообразных веществ увеличивается и, при достижении критической точки, которая для каждого представителя своя, может наступить переход в другое агрегатное состояние.

Основные ученые, внесшие вклад в развитие учения о газах

Таких людей можно назвать множество, ведь изучение газов — процесс трудоемкий и исторически долгий. Остановимся на самых известных личностях, сумевших сделать наиболее значимые открытия.

  1. Амедео Авогадро в 1811 году сделал открытие. Неважно, какие газы, главное, что при одинаковых условиях их в одном объеме их содержится равное количество по числу молекул. Существует рассчитанная величина, имеющая название по фамилии ученого. Она равна 6,03*10 23 молекул для 1 моль любого газа.
  2. Ферми — создал учение об идеальном квантовом газе.
  3. Гей-Люссак, Бойль-Мариотт — фамилии ученых, создавших основные кинетические уравнения для расчетов.
  4. Роберт Бойль.
  5. Джон Дальтон.
  6. Жак Шарль и многие другие ученые.

Строение газообразных веществ

Самая главная особенность в построении кристаллической решетки рассматриваемых веществ, это то, что в узлах ее либо атомы, либо молекулы, которые соединяются друг с другом слабыми ковалентными связями. Также присутствуют силы ван-дер-ваальсового взаимодействия, когда речь идет о ионах, электронах и других квантовых системах.

Поэтому основные типы строения решеток для газов, это:

Связи внутри легко рвутся, поэтому эти соединения не имеют постоянной формы, а заполняют весь пространственный объем. Это же объясняет отсутствие электропроводности и плохую теплопроводность. А вот теплоизоляция у газов хорошая, ведь, благодаря диффузии, они способны проникать в твердые тела и занимать свободные кластерные пространства внутри них. Воздух при этом не пропускается, тепло удерживается. На этом основано применение газов и твердых тел в совокупности в строительных целях.

Простые вещества среди газов

Какие по строению и структуре газы относятся к данной категории, мы уже оговаривали выше. Это те, что состоят из одинаковых атомов. Примеров можно привести много, ведь значительная часть неметаллов из всей периодической системы при обычных условиях существует именно в таком агрегатном состоянии. Например:

Молекулы этих газов могут быть как одноатомными (благородные газы), так и многоатомными (озон — О3). Тип связи — ковалентная неполярная, в большинстве случаев достаточно слабая, но не у всех. Кристаллическая решетка молекулярного типа, что позволяет этим веществам легко переходить из одного агрегатного состояния в другое. Так, например, йод при обычных условиях — темно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском. Однако при нагревании сублимируются в клубы ярко-фиолетового газа — I2.

К слову сказать, любое вещество, в том числе металлы, при определенных условиях могут существовать в газообразном состоянии.

Сложные соединения газообразной природы

Таких газов, конечно, большинство. Различные сочетания атомов в молекулах, объединенные ковалентными связями и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, позволяют сформироваться сотням различных представителей рассматриваемого агрегатного состояния.

Примерами именно сложных веществ среди газов могут быть все соединения, состоящие из двух и более разных элементов. Сюда можно отнести:

  • пропан;
  • бутан;
  • ацетилен;
  • аммиак;
  • силан;
  • фосфин;
  • метан;
  • сероуглерод;
  • сернистый газ;
  • бурый газ;
  • фреон;
  • этилен и прочие.

Кристаллическая решетка молекулярного типа. Многие из представителей легко растворяются в воде, образуя соответствующие кислоты. Большая часть подобных соединений — важная часть химических синтезов, осуществляемых в промышленности.

Метан и его гомологи

Иногда общим понятием «газ» обозначают природное полезное ископаемое, которое представляет собой целую смесь газообразных продуктов преимущественно органической природы. Именно он содержит такие вещества, как:

  • метан;
  • этан;
  • пропан;
  • бутан;
  • этилен;
  • ацетилен;
  • пентан и некоторые другие.

В промышленности они являются очень важными, ведь именно пропан-бутановая смесь — это бытовой газ, на котором люди готовят пищу, который используется в качестве источника энергии и тепла.

Многие из них используются для синтеза спиртов, альдегидов, кислот и прочих органических веществ. Ежегодное потребление природного газа исчисляется триллионами кубометров, и это вполне оправданно.

Кислород и углекислый газ

Какие вещества газообразные можно назвать самыми широко распространенными и известными даже первоклассникам? Ответ очевиден — кислород и углекислый газ. Ведь это они являются непосредственными участниками газообмена, происходящего у всех живых существ на планете.

Известно, что именно благодаря кислороду возможна жизнь, так как без него способны существовать только некоторые виды анаэробных бактерий. А углекислый газ — необходимый продукт «питания» для всех растений, которые поглощают его с целью осуществления процесса фотосинтеза.

С химической точки зрения и кислород, и углекислый газ — важные вещества для проведения синтезов соединений. Первый является сильным окислителем, второй чаще восстановитель.

Галогены

Это такая группа соединений, в которых атомы — это частицы газообразного вещества, соединенные попарно между собой за счет ковалентной неполярной связи. Однако не все галогены — газы. Бром — это жидкость при обычных условиях, а йод — легко возгоняющееся твердое вещество. Фтор и хлор — ядовитые опасные для здоровья живых существ вещества, которые являются сильнейшими окислителями и используются в синтезах очень широко.

§ 17. Газообразное, жидкое и твердое состояния вещества

Притяжение и отталкивание частиц определяют их взаимное расположение в веществе. А от расположения частиц существенно зависят свойства веществ. Так, глядя на прозрачный очень твердый алмаз (бриллиант) (рис. 111, а) и на мягкий черный графит (рис. 111, б) (из него изготавливают стержни карандашей), мы не догадываемся, что оба вещества состоят из совершенно одинаковых атомов углерода. Просто в графите эти атомы расположены иначе, чем в алмазе.

Заметим, что на рисунках изображены не сами атомы, а их модели — шарики и в действительности никаких соединительных стержней или проволочек между ними нет. Это — условное изображение расположения атомов в веществе.

Взаимодействие частиц вещества приводит к тому, что оно может находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Например, лед, вода, пар (рис. 112). В трех состояниях может находиться любое вещество, но для этого нужны определенные условия: давление, температура. Например, кислород в воздухе — газ, но при охлаждении ниже -193°С он превращается в жидкость, а при температуре -219°С кислород — твердое вещество. Железо при нормальном давлении и комнатной температуре находится в твердом состоянии. При температуре выше 1539°С железо становится жидким, а при температуре выше 3050°С — газообразным. Жидкая ртуть, используемая в медицинских термометрах, при охлаждении до температуры ниже -39°С становится твердой. При температуре выше 357°С ртуть превращается в пар (газ).

Превращая металлическое серебро в газ, его напыляют на стекло и получают «зеркальные» очки.

Какими свойствами обладают вещества в различных состояниях?

Начнем с газов, в которых поведение молекул (рис. 113) напоминает движение пчел в рое. Однако пчелы в рое самостоятельно изменяют направление движения и практически не сталкиваются друг с другом. В то же время для молекул в газе такие столкновения не только неизбежны, но происходят практически непрерывно. В результате столкновений направления и значения скорости движения молекул изменяются.

Результатом такого движения и отсутствия взаимодействия частиц при движении является то, что газ не сохраняет ни объема, ни формы, а занимает весь предоставленный ему объем. Каждый из вас посчитает сущей нелепицей утверждения: «Воздух занимает половину объема комнаты» и «Я накачал воздух в две трети объема резинового шарика». Воздух, как и любой газ, занимает весь объем комнаты и весь объем шарика.

А какие свойства имеют жидкости? Проведем опыт.

Перельем воду из мензурки 1 в мензурку 2. Форма жидкости изменилась, но объем воды остался тем же (рис. 114). Молекулы не разлетелись по всему объему, как это было бы в случае с газом. Значит, взаимное притяжение молекул жидкости существует, но оно не удерживает жестко соседние молекулы. Они колеблются и перескакивают из одного места в другое (рис. 115), чем и объясняется текучесть жидкостей.

Наиболее сильным является взаимодействие частиц в твердом теле. Оно не дает возможности частицам разойтись. Частицы лишь совершают хаотические колебательные движения около определенных положений (рис. 116). Поэтому твердые тела сохраняют и объем, и форму. Резиновый мяч будет сохранять форму шара и объем, куда бы его не поместили: в банку, на стол и т. д.

Подумайте и ответьте

  1. Какими основными свойствами обладает газ?
  2. Почему жидкость не сохраняет форму?
  3. Чем отличается твердое состояние вещества от жидкого и газообразного?
  4. Отличаются ли молекулы воды от молекул льда?
  5. Какие из перечисленных веществ в обычных условиях (при комнатной температуре и нормальном давлении) находятся в газообразном состоянии, а какие — в жидком или твердом: олово, бензин, кислород, железо, ртуть, воздух, стекло, пластмасса?
  6. Может ли ртуть находиться в твердом состоянии, а воздух — в жидком? При каких условиях?

Домашнее задание

  1. В пластмассовую бутылку (0,5 л) налейте доверху воду и закройте герметично крышкой. Попробуйте сжать в бутылке воду. Затем вылейте воду и снова закройте бутылку. Теперь сожмите в ней воздух. На основании результатов опыта выскажите гипотезу о строении газов и жидкостей.
  2. Задание-конкурс: составьте таблицу, в которой сравните характер движения, взаимодействия частиц, а также свойства вещества в газообразном, твердом и жидком состояниях. Победителем конкурса будет тот, чья таблица содержит наиболее полную и правильную информацию.

Повторим главное в изученном

  • Все вещества состоят из отдельных частиц (атомов, молекул), между которыми имеются расстояния.
  • Частицы веществ непрерывно и хаотически движутся.
  • Скорость движения частиц тем больше, чем выше температура тела.
  • Диффузией называется явление взаимного проникновения веществ друг в друга. Особенно быстро диффузия протекает в газах, медленнее — в жидкостях, очень медленно — в твердых телах. При увеличении температуры диффузия идет быстрее.
  • На расстояниях, больших, чем размеры самих частиц, преобладает притяжение частиц. На расстояниях, меньших размеров самих частиц, — отталкивание. Притяжение частиц очень быстро ослабевает при их удалении друг от друга.
  • Изменение размеров тела при его нагревании называется тепловым расширением.
  • Тепловое расширение разных твердых и жидких веществ различно, а всех газов — одинаково.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о