Definiţie

Stări agregate substanțele (din latinescul aggrego - atașez, leagă) sunt stări ale aceleiași substanțe - solidă, lichidă, gazoasă.

La trecerea de la o stare la alta, are loc o schimbare bruscă a energiei, entropiei, densității și a altor caracteristici ale substanței.

Solide și lichide

Definiţie

Solidele sunt corpuri care au o formă și un volum constant.

În ele, distanțele intermoleculare sunt mici și energia potențială a moleculelor este comparabilă cu energia cinetică. Solidele sunt împărțite în două tipuri: cristaline și amorfe. În stare să echilibru termodinamic rămân doar corpuri cristaline. Corpurile amorfe sunt, în esență, stări metastabile, care în structura lor sunt aproape de neechilibru, lichide care cristalizează lent. Într-un corp amorf are loc un proces foarte lent de cristalizare, procesul de trecere treptată a unei substanțe în faza cristalină. Diferența dintre un cristal și un solid amorf constă în primul rând în anizotropia proprietăților sale. Proprietățile unui corp cristalin depind de direcția în spațiu. Diverse procese, cum ar fi conductivitatea termică, conductibilitatea electrică, lumina, sunetul, se propagă în diferite direcții ale unui solid în moduri diferite. Corpurile amorfe (sticlă, rășini, materiale plastice) sunt izotrope, ca și lichidele. Singura diferență dintre corpurile amorfe și lichide este că acestea din urmă sunt fluide și deformațiile statice prin forfecare sunt imposibile în ele.

Corpurile cristaline au corect structura moleculara. Anizotropia proprietăților sale se datorează structurii corecte a cristalului. Aranjarea corectă a atomilor într-un cristal formează ceea ce se numește o rețea cristalină. În direcții diferite, aranjarea atomilor în rețea este diferită, ceea ce duce la anizotropie. Atomii (sau ionii, sau moleculele întregi) dintr-o rețea cristalină suferă mișcări oscilatorii aleatorii în jurul pozițiilor medii, care sunt considerate noduri ale rețelei cristaline. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât energia de oscilație este mai mare și, prin urmare, amplitudinea medie a oscilațiilor. Mărimea cristalului depinde de amplitudinea oscilațiilor. O creștere a amplitudinii oscilațiilor duce la o creștere a dimensiunii corpului. Aceasta explică dilatarea termică a solidelor.

Definiţie

Lichidele sunt corpuri care au un anumit volum, dar nu au elasticitate de formă.

Lichidele se caracterizează prin interacțiuni intermoleculare puternice și compresibilitate scăzută. Un lichid ocupă o poziție intermediară între un solid și un gaz. Lichidele, ca și gazele, sunt izotrope. În plus, lichidul are fluiditate. În ea, ca și în gaze, nu există solicitări tangenţiale (tensiuni de forfecare) ale corpurilor. Lichidele sunt grele, de ex. greutatea lor specifică este comparabilă cu greutatea specifică a solidelor. Aproape de temperaturile de cristalizare, capacitățile lor termice și alte caracteristici termice sunt apropiate de caracteristicile corespunzătoare ale solidelor. În lichide există, într-o anumită măsură, o aranjare regulată a atomilor, dar numai pe zone mici. Aici atomii suferă și mișcări oscilatorii în apropierea nodurilor celulei cvasicristaline, dar spre deosebire de atomii unui corp solid, ei sar din când în când de la un nod la altul. Ca urmare, mișcarea atomilor va fi foarte complexă: este oscilativă, dar în același timp centrul oscilațiilor se mișcă în spațiu.

Gaz, evaporare, condensare și topire

Definiţie

Gazul este o stare a materiei în care distanțele dintre molecule sunt mari.

Forțele de interacțiune dintre molecule la presiuni scăzute pot fi neglijate. Particulele de gaz umplu întreg volumul furnizat gazului. Gazele pot fi considerate vapori foarte supraîncălziți sau nesaturați. Un tip special de gaz este plasma - este un gaz parțial sau complet ionizat în care densitățile sarcinilor pozitive și negative sunt aproape identice. Plasma este un gaz de particule încărcate care interacționează între ele folosind forțe electrice pe o distanță lungă, dar nu au particule apropiate și îndepărtate.

Substanțele se pot schimba de la o stare de agregare la alta.

Definiţie

Evaporarea este un proces de modificare a stării de agregare a unei substanțe, în care moleculele zboară de pe suprafața unui lichid sau solid, a cărui energie cinetică depășește energia potențială de interacțiune a moleculelor.

Evaporarea este o tranziție de fază. În timpul evaporării, o parte dintr-un lichid sau solid se transformă în vapori. O substanță în stare gazoasă care se află în echilibru dinamic cu un lichid se numește vapori saturati. În același timp, schimbarea energie internă corp:

\[\triunghi \U=\pm mr\ \left(1\right),\]

unde m este masa corporală, r este căldura specifică de vaporizare (J/kg).

Definiţie

Condensarea este procesul invers de evaporare.

Modificarea energiei interne se calculează folosind formula (1).

Definiţie

Topirea este procesul de trecere a unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă, procesul de schimbare a stării agregate a unei substanțe.

Când o substanță este încălzită, energia sa internă crește, prin urmare, viteza de mișcare termică a moleculelor crește. Dacă se atinge temperatura de topire a unei substanțe, rețeaua cristalină a solidului începe să se prăbușească. Legăturile dintre particule sunt distruse, iar energia de interacțiune dintre particule crește. Căldura transferată către corp duce la creșterea energiei interne a acestui corp, iar o parte din energie merge la lucru pentru a schimba volumul corpului atunci când acesta se topește. Cele mai multe corpuri cristaline volumul crește la topire, dar există excepții, de exemplu, gheață, fontă. Corpurile amorfe nu au un punct de topire specific. Topirea este o tranziție de fază, care este însoțită de o schimbare bruscă a capacității termice la temperatura de topire. Punctul de topire depinde de substanță și nu se modifică în timpul procesului. În acest caz, modificarea energiei interne a corpului:

\[\triunghi U=\pm m\lambda \left(2\right),\]

unde $\lambda$ este căldura specifică de fuziune (J/kg).

Procesul invers celui de topire este cristalizarea. Modificarea energiei interne se calculează folosind formula (2).

Modificarea energiei interne a fiecărui corp al sistemului în cazul încălzirii sau răcirii poate fi calculată folosind formula:

\[\triunghi U=mc\triunghi T\stanga(3\dreapta),\]

unde c - căldură specifică substanță, J/(kgK), $\triunghi T$ - modificarea temperaturii corpului.

Când se studiază tranzițiile substanțelor de la o stare de agregare la alta, este imposibil să se facă fără așa-numita ecuație de echilibru termic, care afirmă: cantitatea totală de căldură care este eliberată într-un sistem izolat termic este egală cu cantitatea de căldura (totală) care este absorbită în acest sistem.

În sensul său, ecuația de echilibru termic este legea conservării energiei pentru procesele de transfer de căldură în sistemele izolate termic.

Exemplul 1

Sarcină: Un vas izolat termic conține apă și gheață la o temperatură $t_i= 0^oС$. Masa apei ($m_(v\ ))$ și a gheții ($m_(i\ ))$ este egală cu 0,5 kg și respectiv 60 g. In apa se introduc vapori de apa cu masa de $m_(p\ )=$10 g. la temperatura $t_p= 100^oС$. Care va fi temperatura apei din vas după stabilirea echilibrului termic? Ignorați capacitatea termică a vasului.

Soluție: Să stabilim ce procese au loc în sistem, ce stări ale materiei am avut și ce am primit.

Vaporii de apă se condensează, degajând căldură.

Acest vine căldura sa topeasca gheata si eventual sa incalzeasca apa disponibila si obtinuta din gheata.

Să verificăm mai întâi câtă căldură este eliberată atunci când masa existentă de abur se condensează:

aici de la materiale de referință avem $r=2.26 10^6\frac(J)(kg)$ - căldură specifică de vaporizare (aplicabilă și pentru condensare).

Căldura necesară pentru a topi gheața:

aici din materiale de referinta avem $\lambda =3.3\cdot 10^5\frac(J)(kg)$- caldura specifica de topire a ghetii.

Constatăm că aburul degajă mai multă căldură decât este necesar doar pentru a topi gheața existentă, de aceea scriem ecuația de echilibru termic sub forma:

Căldura este eliberată în timpul condensării aburului cu masa $m_(p\ )$ și răcirii apei, care se formează din abur de la temperatura $T_p$ la T dorit. Căldura este absorbită în timpul topirii gheții cu masa $m_(i\). )$ și încălzirea apei cu masa $m_v+ m_i$ de la temperatura $T_i$ la $T.\ $ Să notăm $T-T_i=\triunghi T$, pentru diferența $T_p-T$ obținem:

Ecuația bilanţului termic va lua forma:

\ \ \[\triunghi T=\frac(rm_(p\ )+cm_(p\ )100-lm_(i\ ))(c\left(m_v+m_i+m_(p\ )\right))\left (1.6\dreapta)\]

Să efectuăm calculele, ținând cont de faptul că capacitatea termică a apei este tabelată $c=4.2\cdot 10^3\frac(J)(kgK)$, $T_p=t_p+273=373K,$ $T_i=t_i +273=273K$:

$\triunghi T=\frac(2,26\cdot 10^6\cdot 10^(-2)+4,2\cdot 10^3\cdot 10^(-2)10^2-6\cdot 10^ (-2) \cdot 3.3\cdot 10^5)(4.2\cdot 10^3\cdot 5.7\cdot 10^(-1))\aproximativ 3\left(K\right)$apoi T=273+3=276 (K)

Răspuns: Temperatura apei din vas după stabilirea echilibrului termic va fi de 276 K.

Exemplul 2

Sarcina: Figura prezintă o secțiune a izotermei corespunzătoare tranziției unei substanțe de la starea cristalină la starea lichidă. Cu ce ​​corespunde această secțiune? diagrama p,T?

Întregul set de stări prezentat în diagramă p,V orizontală Segmentul de linie de pe diagrama p,T este reprezentat de un punct care determină valorile lui p și T la care are loc trecerea de la o stare de agregare la alta.

Substanțele pot fi în diferite stări de agregare: solide, lichide, gazoase. Forțele moleculare sunt diferite în diferite stări de agregare: în stare solidă sunt cele mai mari, în stare gazoasă sunt cele mai mici. Diferența în forțele moleculare explică proprietăţi care apar în diferite stări de agregare:

La solide, distanța dintre molecule este mică și predomină forțele de interacțiune. Prin urmare, solidele au proprietatea de a menține forma și volumul. Moleculele solidelor sunt în mișcare constantă, dar fiecare moleculă se mișcă în jurul unei poziții de echilibru.

În lichide, distanța dintre molecule este mai mare, ceea ce înseamnă că forța de interacțiune este mai mică. Prin urmare, lichidul își păstrează volumul, dar își schimbă ușor forma.

În gaze, forțele de interacțiune sunt foarte mici, deoarece distanța dintre moleculele de gaz este de câteva zeci de ori mai mare decât dimensiunea moleculelor. Prin urmare, gazul ocupă întregul volum furnizat acestuia.

Tranziții de la o stare a materiei la alta

Definiţie

Topirea materiei$-$ trecerea unei substante de la starea solida la starea lichida.

Această tranziție de fază este întotdeauna însoțită de absorbția de energie, adică căldura trebuie să fie furnizată substanței. În același timp, energia internă a substanței crește. Topirea are loc numai la o anumită temperatură, numită punct de topire. Fiecare substanță are propriul punct de topire. De exemplu, gheața are $t_(pl)=0^0\textrm(C)$.

În timp ce are loc topirea, temperatura substanței nu se modifică.

Ce trebuie făcut pentru a topi o substanță de masă $m$? Mai întâi, trebuie să-l încălziți la temperatura de topire $t_(topire)$, dând cantitatea de căldură $c(\cdot)m(\cdot)(\Delta)T$, unde $c$ $-$ este capacitatea termică specifică a substanței. Apoi este necesar să se adauge cantitatea de căldură $(\lambda)(\cdot)m$, unde $\lambda$ $-$ este căldura specifică de topire a substanței. Topirea în sine va avea loc la o temperatură constantă egală cu punctul de topire.

Definiţie

Cristalizarea (solidificarea) unei substanțe$-$ trecerea unei substanţe de la starea lichidă la starea solidă.

Acesta este procesul invers de topire. Cristalizarea este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie, adică căldura trebuie îndepărtată din substanță. În acest caz, energia internă a substanței scade. Are loc doar la o anumită temperatură, care coincide cu punctul de topire.

În timp ce are loc cristalizarea, temperatura substanței nu se modifică.

Ce trebuie făcut pentru ca o substanță de masă $m$ să cristalizeze? Mai întâi, trebuie să-l răciți la temperatura de topire $t_(topire)$, eliminând cantitatea de căldură $c(\cdot)m(\cdot)(\Delta)T$, unde $c$ $-$ este capacitatea termică specifică a substanței. Apoi este necesar să se îndepărteze cantitatea de căldură $(\lambda)(\cdot)m$, unde $\lambda$ $-$ este căldura specifică de topire a substanței. Cristalizarea va avea loc la o temperatură constantă egală cu punctul de topire.

Definiţie

Vaporizarea unei substanțe$-$ trecerea unei substanţe de la starea lichidă la starea gazoasă.

Această tranziție de fază este întotdeauna însoțită de absorbția de energie, adică căldura trebuie să fie furnizată substanței. În același timp, energia internă a substanței crește.

Există două tipuri de vaporizare: evaporare și fierbere.

Definiţie

Evaporare$-$ vaporizare de la suprafața unui lichid, care are loc la orice temperatură.

Viteza de evaporare depinde de:

    temperatură;

    suprafata;

    fel de lichid;

    vânt.

Definiţie

Fierbere$-$ vaporizare în întregul volum de lichid, care are loc numai la o anumită temperatură, numită punct de fierbere.

Fiecare substanță are propriul punct de fierbere. De exemplu, apa are $t_(fierbe)=100^0\textrm(C)$. În timp ce are loc fierberea, temperatura substanței nu se modifică.

Ce trebuie făcut pentru ca o substanță de masă $m$ să fie fierbinte? Mai întâi trebuie să-l încălziți la punctul de fierbere $t_(fierbere)$, dând cantitatea de căldură $c(\cdot)m(\cdot)(\Delta)T$, unde $c$ $-$ este specificul capacitatea termică a substanței. Apoi este necesar să se adauge cantitatea de căldură $(L)(\cdot)m$, unde $L$ $-$ este căldura specifică de vaporizare a substanței. Fierberea în sine va avea loc la o temperatură constantă egală cu punctul de fierbere.

Definiţie

Condensarea materiei$-$ trecerea unei substante de la starea gazoasa la starea lichida.

Acesta este procesul invers de vaporizare. Condensarea este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie, adică căldura trebuie îndepărtată din substanță. În acest caz, energia internă a substanței scade. Are loc doar la o anumită temperatură, care coincide cu punctul de fierbere.

În timp ce are loc condensul, temperatura substanței nu se modifică.

Ce trebuie făcut pentru ca o substanță de masă $m$ să se condenseze? Mai întâi trebuie să-l răciți până la punctul de fierbere $t_(fierbere)$, eliminând cantitatea de căldură $c(\cdot)m(\cdot)(\Delta)T$, unde $c$ $-$ este specificul capacitatea termică a substanței. Apoi este necesar să se îndepărteze cantitatea de căldură $(L)(\cdot)m$, unde $L$ $-$ este căldura specifică de vaporizare a substanței. Condensul va avea loc la o temperatură constantă egală cu punctul de fierbere.

Stări agregate. Lichide. Faze în termodinamică. Tranziții de fază.

Cursul 1.16

Toate substanțele pot exista în trei stări de agregare - solid, lichidŞi gazos. Tranzițiile dintre ele sunt însoțite de o schimbare bruscă a seriei proprietăți fizice(densitate, conductivitate termică etc.).

Starea de agregare depinde de condițiile fizice în care se află substanța. Existenta mai multor stari de agregare intr-o substanta se datoreaza diferentelor in miscarea termica a moleculelor (atomilor) acesteia si in interactiunea lor in diferite conditii.

Gaz- starea de agregare a unei substanțe în care particulele nu sunt legate sau sunt foarte slab legate prin forțe de interacțiune; energia cinetică a mișcării termice a particulelor sale (molecule, atomi) depășește semnificativ energia potențială a interacțiunilor dintre ele, prin urmare particulele se mișcă aproape liber, umplând complet vasul în care se află și luându-i forma. În stare gazoasă, o substanță nu are nici volum propriu, nici formă proprie. Orice substanță poate fi transformată într-un gaz prin schimbarea presiunii și a temperaturii.

Lichid- starea de agregare a unei substante, intermediara intre solid si gazos. Se caracterizează printr-o mobilitate ridicată a particulelor și un spațiu liber mic între ele. Acest lucru face ca lichidele să-și mențină volumul și să ia forma recipientului. Într-un lichid, moleculele sunt situate foarte aproape una de alta. Prin urmare, densitatea lichidului este mult mai mare decât densitatea gazelor (la presiune normală). Proprietățile unui lichid sunt aceleași (izotrope) în toate direcțiile, cu excepția cristalelor lichide. Când este încălzit sau densitatea scade, proprietățile lichidului, conductivitatea termică și vâscozitatea se schimbă, de regulă, spre proprietățile gazelor.

Mișcarea termică a moleculelor lichide constă dintr-o combinație de mișcări vibraționale colective și salturi de molecule care apar din când în când dintr-o poziție de echilibru în alta.

Corpuri solide (cristaline).- starea de agregare a unei substanțe, caracterizată prin stabilitatea formei și natura mișcării termice a atomilor. Această mișcare este vibrația atomilor (sau ionilor) care formează solidul. Amplitudinea vibrației este de obicei mică în comparație cu distanțele interatomice.

Proprietățile lichidelor.

Moleculele unei substanțe în stare lichidă sunt situate aproape una de alta. Spre deosebire de corpurile cristaline solide, în care moleculele formează structuri ordonate pe întregul volum al cristalului și pot efectua vibrații termice în jurul centrelor fixe, moleculele lichide au o mai mare libertate. Fiecare moleculă a unui lichid, la fel ca într-un solid, este „sandwich” pe toate părțile de moleculele învecinate și suferă vibrații termice în jurul unei anumite poziții de echilibru. Cu toate acestea, din când în când orice moleculă se poate muta într-un loc liber din apropiere. Astfel de sărituri în lichide apar destul de des; prin urmare, moleculele nu sunt legate de centri specifici, ca în cristale, și se pot mișca în întregul volum al lichidului. Aceasta explică fluiditatea lichidelor. Datorită interacțiunii puternice dintre moleculele apropiate, acestea pot forma grupări ordonate locale (instabile) care conțin mai multe molecule. Acest fenomen se numește ordine de închidere.



Datorită ambalării dense a moleculelor, compresibilitatea lichidelor, adică modificarea volumului cu o schimbare a presiunii, este foarte mică; este de zeci și sute de mii de ori mai puțin decât în ​​gaze. De exemplu, pentru a schimba volumul de apă cu 1%, trebuie să creșteți presiunea de aproximativ 200 de ori. Această creștere a presiunii față de presiunea atmosferică se realizează la o adâncime de aproximativ 2 km.

Lichidele, ca și solidele, își schimbă volumul odată cu schimbările de temperatură. Pentru intervale de temperatură nu foarte mari, modificarea relativă a volumului Δ V / V 0 este proporțional cu modificarea temperaturii Δ T:

Se numește coeficientul β coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice. Acest coeficient pentru lichide este de zeci de ori mai mare decât pentru solide. Pentru apă, de exemplu, la o temperatură de 20 °C β ≈ 2 10 –4 K –1, pentru oțel - β st ≈ 3,6 10 –5 K –1, pentru sticlă de cuarț - β kV ≈ 9 10 – 6 K – 1.

Expansiunea termică a apei are o anomalie interesantă și importantă pentru viața de pe Pământ. La temperaturi sub 4 °C, apa se extinde pe măsură ce temperatura scade (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Când apa îngheață, se extinde, astfel încât gheața rămâne plutind pe suprafața unui corp de apă înghețat. Temperatura apei înghețate sub gheață este de 0 °C. În straturile mai dense de apă din fundul rezervorului, temperatura este de aproximativ 4 °C. Datorită acestui fapt, viața poate exista în apa rezervoarelor înghețate.

Cele mai multe caracteristică interesantă lichide este prezența suprafata libera. Lichidul, spre deosebire de gaze, nu umple întregul volum al recipientului în care este turnat. Se formează o interfață între lichid și gaz (sau vapori), care se află în conditii speciale comparativ cu restul lichidului. Moleculele din stratul limită al unui lichid, spre deosebire de moleculele din adâncimea acestuia, nu sunt înconjurate de alte molecule ale aceluiași lichid pe toate părțile. Forțele de interacțiune intermoleculară care acționează asupra uneia dintre moleculele din interiorul unui lichid din moleculele învecinate sunt, în medie, compensate reciproc. Orice moleculă din stratul limită este atrasă de moleculele situate în interiorul lichidului (forțele care acționează asupra unei anumite molecule de lichid din moleculele de gaz (sau vapori) pot fi neglijate). Ca urmare, apare o anumită forță rezultantă, îndreptată adânc în lichid. Moleculele de suprafață sunt atrase în lichid de forțele de atracție intermoleculară. Dar toate moleculele, inclusiv moleculele stratului limită, trebuie să fie într-o stare de echilibru. Acest echilibru se realizează prin reducerea ușor a distanței dintre moleculele stratului de suprafață și vecinii lor cei mai apropiați din interiorul lichidului. Pe măsură ce distanța dintre molecule scade, apar forțe de respingere. Dacă distanța medie dintre moleculele din interiorul unui lichid este r 0, atunci moleculele stratului de suprafață sunt împachetate ceva mai dens și, prin urmare, au o rezervă suplimentară energie potenţială comparativ cu moleculele interne. Trebuie avut în vedere faptul că, datorită compresibilității extrem de scăzute, prezența unui strat de suprafață mai dens nu duce la nicio modificare vizibilă a volumului lichidului. Dacă o moleculă se mișcă de la suprafață în lichid, forțele interacțiunii intermoleculare vor face o activitate pozitivă. Dimpotrivă, pentru a trage un anumit număr de molecule de la adâncimea lichidului la suprafață (adică, crește suprafața lichidului), forțe externe trebuie să facă o muncă pozitivă O extern, proporțional cu modificarea Δ S suprafata:

O ext = σΔ S.

Coeficientul σ se numește coeficient tensiune superficială(σ > 0). Astfel, coeficientul de tensiune superficială este egal cu munca necesară pentru a crește suprafața unui lichid la temperatură constantă cu o unitate.

În SI, coeficientul de tensiune superficială este măsurat în jouli per metru pătrat (J/m2) sau în newtoni pe metru (1 N/m = 1 J/m2).

În consecință, moleculele stratului superficial al lichidului au un exces de energie potenţială. Energia potențială E p al suprafeței lichidului este proporțional cu aria sa: (1.16.1)

Din mecanică se știe că stările de echilibru ale unui sistem corespund valorii minime a energiei sale potențiale. Rezultă că suprafața liberă a lichidului tinde să-și reducă aria. Din acest motiv, o picătură liberă de lichid capătă o formă sferică. Lichidul se comportă ca și cum forțele care acționează tangențial la suprafața sa ar contracta (trag) această suprafață. Aceste forțe sunt numite forțele de tensiune superficială.

Prezența forțelor de tensiune superficială face ca suprafața unui lichid să arate ca o peliculă elastică întinsă, cu singura diferență că forțele elastice din film depind de suprafața sa (adică de modul în care filmul este deformat) și de tensiunea superficială. forțele nu depind de suprafața lichidelor.

Forțele de tensiune superficială tind să reducă suprafața filmului. Prin urmare putem scrie: (1.16.2)

Astfel, coeficientul de tensiune superficială σ poate fi definit ca modulul forței de tensiune superficială care acționează pe unitatea de lungime a liniei care delimitează suprafața ( l- lungimea acestei linii).

Datorită acțiunii forțelor de tensiune superficială în picături de lichid și în interiorul bulelor de săpun, apare un exces de presiune Δ p. Dacă tăiați mental o picătură sferică de rază Rîn două jumătăți, atunci fiecare dintre ele trebuie să fie în echilibru sub acțiunea forțelor de tensiune superficială aplicate limitei tăiate de lungime 2π Rși forțele de presiune în exces care acționează asupra zonei π R 2 secțiuni (Fig. 1.16.1). Condiția de echilibru se scrie ca

Aproape de limita dintre un lichid, un solid și un gaz, forma suprafeței libere a lichidului depinde de forțele de interacțiune dintre moleculele lichide și moleculele solide (interacțiunea cu moleculele de gaz (sau vapori) poate fi neglijată). Dacă aceste forțe sunt mai mari decât forțele de interacțiune dintre moleculele lichidului însuși, atunci lichidul udă suprafata unui solid. În acest caz, lichidul se apropie de suprafața corpului solid unghi ascuțitθ, caracteristică unei perechi lichid-solid dată. Unghiul θ se numește unghi de contact. Dacă forțele de interacțiune dintre moleculele lichide depășesc forțele de interacțiune a acestora cu moleculele solide, atunci unghiul de contact θ se dovedește a fi obtuz (Fig. 1.16.2(2)). În acest caz se spune că lichidul nu uda suprafata unui solid. În caz contrar (unghi - acut) lichid udă suprafață (Fig. 1.16.2(1)). La umezire completăθ = 0, at neumedare completăθ = 180°.

Fenomene capilare numită creșterea sau căderea lichidului în tuburi cu diametru mic - capilarele. Lichidele umede se ridică prin capilare, lichidele care nu se umezesc coboară.

Figura 1.16.3 prezintă un tub capilar cu o anumită rază r, coborât la capătul inferior într-un lichid de umectare de densitate ρ. Capătul superior al capilarului este deschis. Creșterea lichidului în capilar continuă până când forța gravitațională care acționează asupra coloanei de lichid din capilar devine egală ca mărime cu rezultanta F n forțe de tensiune superficială care acționează de-a lungul limitei de contact a lichidului cu suprafața capilarului: F t = F n, unde F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Din aceasta rezultă:

Cu umezire completă θ = 0, cos θ = 1. În acest caz

Cu neumezire completă θ = 180°, cos θ = –1 și, prin urmare, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Apa udă aproape complet suprafața curată de sticlă. Dimpotrivă, mercurul nu umezește complet suprafața sticlei. Prin urmare, nivelul de mercur din capilarul de sticlă scade sub nivelul din vas.

Întrebările despre starea de agregare, ce caracteristici și proprietăți au solidele, lichidele și gazele sunt luate în considerare în mai multe cursuri de formare. Există trei stări clasice ale materiei, cu propriile lor trăsături structurale caracteristice. Înțelegerea lor este un punct important în înțelegerea științelor Pământului, a organismelor vii și a activităților industriale. Aceste întrebări sunt studiate de fizică, chimie, geografie, geologie, chimie fizică și alte discipline științifice. Substanțele care, în anumite condiții, se află într-unul din cele trei tipuri de bază de stare se pot modifica cu creșterea sau scăderea temperaturii și presiunii. Să luăm în considerare posibilele tranziții de la o stare de agregare la alta, așa cum apar în natură, tehnologie și viata de zi cu zi.

Ce este o stare de agregare?

Cuvântul de origine latină „aggrego” tradus în rusă înseamnă „a se alătura”. Termenul științific se referă la starea aceluiași corp, substanță. Existența solidelor, gazelor și lichidelor la anumite temperaturi și presiuni diferite este caracteristică tuturor învelișurilor Pământului. Pe lângă cele trei stări de bază de agregare, există și o a patra. La temperatură ridicată și presiune constantă, gazul se transformă în plasmă. Pentru a înțelege mai bine ce este o stare de agregare, este necesar să ne amintim particule minuscule ah, din care sunt făcute substanțele și corpurile.

În diagrama de mai sus sunt prezentate: a - gaz; b—lichid; c este un corp solid. În astfel de imagini, cercurile indică elementele structurale ale substanțelor. Acest simbol, de fapt, atomii, moleculele, ionii nu sunt bile solide. Atomii constau dintr-un nucleu încărcat pozitiv în jurul căruia electronii încărcați negativ se mișcă cu viteză mare. Cunoștințele despre structura microscopică a materiei ajută la înțelegerea mai bună a diferențelor care există între diferitele forme de agregat.

Idei despre microcosmos: din Grecia antică până în secolul al XVII-lea

Primele informații despre particulele care alcătuiesc corpuri fizice, a apărut în Grecia antică. Gânditorii Democrit și Epicur au introdus un astfel de concept precum atomul. Ei credeau că aceste particule indivizibile cele mai mici din diferite substanțe au o formă, anumite dimensiuni și sunt capabile de mișcare și interacțiune între ele. Atomismul a devenit cea mai avansată învățătură a Greciei antice pentru timpul său. Dar dezvoltarea sa a încetinit în Evul Mediu. De atunci, oamenii de știință au fost persecutați de Inchiziția romană biserica catolică. Prin urmare, până în timpurile moderne, nu a existat un concept clar despre starea materiei. Abia după secolul al XVII-lea, oamenii de știință R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier au formulat prevederile teoriei atomo-moleculare, care nu și-au pierdut semnificația astăzi.

Atomi, molecule, ioni - particule microscopice ale structurii materiei

O descoperire semnificativă în înțelegerea microlumii a avut loc în secolul al XX-lea, când a fost inventat microscopul electronic. Luând în considerare descoperirile făcute de oamenii de știință mai devreme, a fost posibil să se realizeze o imagine coerentă a microlumii. Teoriile care descriu starea și comportamentul celor mai mici particule de materie sunt destul de complexe, se referă la domeniul pentru a înțelege caracteristicile diferitelor stări agregate ale materiei, este suficient să cunoaștem denumirile și caracteristicile principalelor particule structurale care formează; diferite substanțe.

  1. Atomii sunt particule indivizibile din punct de vedere chimic. Salvat în reactii chimice, dar sunt distruse în cele nucleare. Metalele și multe alte substanțe cu structură atomică au o stare solidă de agregare în condiții normale.
  2. Moleculele sunt particule care sunt descompuse și formate în reacții chimice. oxigen, apă, dioxid de carbon, sulf. Starea fizică a oxigenului, azotului, dioxidului de sulf, carbonului și oxigenului în condiții normale este gazoasă.
  3. Ionii sunt particulele încărcate pe care atomii și moleculele devin atunci când câștigă sau pierd electroni - particule microscopice încărcate negativ. Multe săruri au o structură ionică, de exemplu sarea de masă, sulfatul de fier și sulfatul de cupru.

Există substanțe ale căror particule sunt situate într-un anumit mod în spațiu. Poziția reciprocă ordonată a atomilor, ionilor și moleculelor se numește rețea cristalină. De obicei, rețelele cristaline ionice și atomice sunt caracteristice solidelor, iar cele moleculare sunt caracteristice lichidelor și gazelor. Diamantul se distinge prin duritatea sa ridicată. Rețeaua sa cristalină atomică este formată din atomi de carbon. Dar grafitul moale constă și din atomi din acesta element chimic. Numai că ele sunt situate diferit în spațiu. Starea obișnuită de agregare a sulfului este solidă, dar la temperaturi ridicate substanța se transformă într-un lichid și o masă amorfă.

Substanțe în stare solidă de agregare

Solidele în condiții normale își păstrează volumul și forma. De exemplu, un grăunte de nisip, un grăunte de zahăr, sare, o bucată de piatră sau metal. Dacă încălziți zahărul, substanța începe să se topească, transformându-se într-un lichid maro vâscos. Să oprim încălzirea și vom obține din nou un solid. Aceasta înseamnă că una dintre principalele condiții pentru tranziția unui solid într-un lichid este încălzirea acestuia sau o creștere a energiei interne a particulelor substanței. Starea solidă de agregare a sării, care este folosită pentru alimente, poate fi, de asemenea, modificată. Dar pentru a topi sarea de masă este nevoie de o temperatură mai mare decât la încălzirea zahărului. Faptul este că zahărul este format din molecule, iar sarea de masă este formată din ioni încărcați care sunt mai puternic atrași unul de celălalt. Solidele sub formă lichidă nu își păstrează forma deoarece rețelele cristaline sunt distruse.

Starea agregată lichidă a sării la topire se explică prin ruperea legăturilor dintre ionii din cristale. Se eliberează particule încărcate care pot transporta sarcini electrice. Sărurile topite conduc electricitatea și sunt conductoare. În industria chimică, metalurgică și inginerie, substanțele solide sunt transformate în lichide pentru a obține noi compuși din ele sau pentru a le da forme diferite. Aliajele metalice au devenit larg răspândite. Există mai multe modalități de obținere a acestora, asociate cu modificări ale stării de agregare a materiilor prime solide.

Lichidul este una dintre stările de bază de agregare

Dacă turnați 50 ml de apă într-un balon cu fund rotund, veți observa că substanța va lua imediat forma unui vas chimic. Dar de îndată ce turnăm apa din balon, lichidul se va răspândi imediat pe suprafața mesei. Volumul de apă va rămâne același - 50 ml, dar forma acestuia se va schimba. Caracteristicile enumerate sunt caracteristice formei lichide de existență a materiei. Multe substanțe organice sunt lichide: alcooli, uleiuri vegetale, acizi.

Laptele este o emulsie, adică un lichid care conține picături de grăsime. O resursă lichidă utilă este uleiul. Este extras din puțuri folosind platforme de foraj pe uscat și în ocean. Apa de mare este, de asemenea, o materie primă pentru industrie. Diferența sa față de apă dulce râuri și lacuri se află în conținutul de substanțe dizolvate, în principal săruri. La evaporarea de pe suprafața rezervoarelor, doar moleculele de H 2 O trec în stare de vapori, rămân substanțele dizolvate. Metode de obținere a substanțelor utile din apa de mareși metode de curățare.

Când sărurile sunt complet îndepărtate, se obține apă distilată. Se fierbe la 100°C și se îngheață la 0°C. Saramurile fierb și se transformă în gheață la alte temperaturi. De exemplu, apa din nord Oceanul Arcticîngheață la o temperatură a suprafeței de 2 °C.

Starea fizică a mercurului în condiții normale este lichidă. Acest metal gri-argintiu este folosit în mod obișnuit pentru umplerea termometrelor medicale. Când este încălzită, coloana de mercur se ridică pe scară și substanța se extinde. De ce se folosește alcool vopsit cu vopsea roșie și nu mercur? Acest lucru se explică prin proprietățile metalului lichid. La înghețurile de 30 de grade, starea de agregare a mercurului se modifică, substanța devine solidă.

Dacă termometrul medical se sparge și mercurul se revarsă, atunci colectarea bilelor de argint cu mâinile este periculoasă. Este dăunător să inhalați vapori de mercur, această substanță este foarte toxică. În astfel de cazuri, copiii trebuie să se adreseze părinților și adulților pentru ajutor.

Stare gazoasă

Gazele nu își pot menține nici volumul, nici forma. Să umplem balonul până la vârf cu oxigen (să formula chimica O 2). De îndată ce deschidem balonul, moleculele substanței vor începe să se amestece cu aerul din cameră. Acest lucru se întâmplă din cauza mișcării browniene. Chiar și omul de știință grec antic Democrit credea că particulele de materie sunt în continuă mișcare. În solide, în condiții normale, atomii, moleculele și ionii nu au ocazia să plece rețea cristalină, eliberează-te de conexiunile cu alte particule. Acest lucru este posibil numai atunci când o cantitate mare de energie este furnizată din exterior.

În lichide, distanța dintre particule este puțin mai mare decât în ​​solide, acestea necesită mai puțină energie pentru a rupe legăturile intermoleculare. De exemplu, starea lichidă a oxigenului este observată numai atunci când temperatura gazului scade la -183 °C. La -223 °C, moleculele de O 2 formează un solid. Când temperatura crește peste aceste valori, oxigenul se transformă în gaz. În această formă se găsește în condiții normale. Întreprinderile industriale operează instalații speciale pentru separarea aerului atmosferic și obținerea de azot și oxigen din acesta. Mai întâi, aerul este răcit și lichefiat, iar apoi temperatura crește treptat. Azotul și oxigenul se transformă în gaze în condiții diferite.

Atmosfera Pământului conține 21% în volum oxigen și 78% azot. Aceste substanțe nu se găsesc sub formă lichidă în învelișul gazos al planetei. Oxigenul lichid este de culoare albastru deschis și este folosit pentru a umple buteliile la presiune ridicată pentru utilizare în medii medicale. În industrie și construcții, gazele lichefiate sunt necesare pentru realizarea multor procese. Oxigenul este necesar pentru sudarea cu gaz și tăierea metalelor, în chimie - pentru reacțiile de oxidare a anorganicilor și materie organică. Dacă deschideți robinetul unei butelii de oxigen, presiunea scade și lichidul se transformă în gaz.

Propanul lichefiat, metanul și butanul sunt utilizate pe scară largă în energie, transport, industrie și activități casnice. Aceste substanțe sunt obținute din gaze naturale sau în timpul cracării (divizării) materiei prime petroliere. Amestecurile de carbon lichid și gazos joacă un rol important în economiile multor țări. Dar rezervele de petrol și gaze naturale sunt sever epuizate. Potrivit oamenilor de știință, această materie primă va dura 100-120 de ani. O sursă alternativă de energie este fluxul de aer (vânt). Râurile cu curgere rapidă și mareele de pe țărmurile mărilor și oceanelor sunt folosite pentru a exploata centralele electrice.

Oxigenul, ca și alte gaze, poate fi în a patra stare de agregare, reprezentând plasma. Tranziție neobișnuită de la starea solidă la starea gazoasă - trăsătură caracteristică iod cristalin. Substanța violet închis este supusă sublimării - se transformă într-un gaz, ocolind starea lichidă.

Cum se fac tranzițiile de la o formă agregată de materie la alta?

Modificările în starea agregată a substanțelor nu sunt asociate cu transformările chimice; fenomene fizice. Pe măsură ce temperatura crește, multe solide se topesc și se transformă în lichide. O creștere suplimentară a temperaturii poate duce la evaporare, adică la starea gazoasă a substanței. În natură și economie, astfel de tranziții sunt caracteristice uneia dintre principalele substanțe de pe Pământ. Gheața, lichidul, aburul sunt stări ale apei în diferite condiții externe. Compusul este același, formula sa este H 2 O. La o temperatură de 0 ° C și sub această valoare, apa se cristalizează, adică se transformă în gheață. Pe măsură ce temperatura crește, cristalele rezultate sunt distruse - gheața se topește și se obține din nou apă lichidă. Când este încălzit, se formează evaporare - transformarea apei în gaz - chiar și la temperaturi scăzute. De exemplu, bălțile înghețate dispar treptat pentru că apa se evaporă. Chiar și pe vreme geroasă, rufele umede se usucă, dar acest proces durează mai mult decât într-o zi fierbinte.

Toate tranzițiile enumerate ale apei de la o stare la alta sunt de mare importanță pentru natura Pământului. Fenomenele atmosferice, clima și vremea sunt asociate cu evaporarea apei de la suprafața Oceanului Mondial, transferul de umiditate sub formă de nori și ceață pe uscat și precipitații (ploaie, zăpadă, grindină). Aceste fenomene formează baza ciclului mondial al apei în natură.

Cum se schimbă stările agregate ale sulfului?

În condiții normale, sulful este cristale strălucitoare strălucitoare sau pulbere galben deschis, adică este o substanță solidă. Starea fizică a sulfului se modifică atunci când este încălzit. În primul rând, când temperatura crește la 190 °C, substanța galbenă se topește, transformându-se într-un lichid mobil.

Dacă turnați rapid sulf lichid în apă rece, obțineți o masă amorfă maro. Odată cu încălzirea suplimentară a topiturii de sulf, aceasta devine din ce în ce mai vâscoasă și se întunecă. La temperaturi peste 300 °C, starea de agregare a sulfului se schimbă din nou, substanța capătă proprietățile unui lichid și devine mobilă. Aceste tranziții apar datorită capacității atomilor unui element de a forma lanțuri de lungimi diferite.

De ce substanțele pot fi în stări fizice diferite?

Starea agregată a sulfului - substanță simplă- solid in conditii normale. Dioxidul de sulf este un gaz acid sulfuric- un lichid uleios este mai greu decât apa. Spre deosebire de sare și acizi azotici nu este volatil, moleculele nu se evaporă de la suprafața sa. Ce stare de agregare are sulful plastic, care se obține prin încălzirea cristalelor?

Sub forma sa amorfă, substanța are structura unui lichid, cu o fluiditate nesemnificativă. Dar sulful plastic își păstrează simultan forma (ca solid). Există cristale lichide care au o serie de proprietăți caracteristice solidelor. Astfel, starea unei substanțe în diferite condiții depinde de natura ei, temperatură, presiune și alte condiții externe.

Ce caracteristici există în structura solidelor?

Diferențele existente între principalele stări agregate ale materiei sunt explicate prin interacțiunea dintre atomi, ioni și molecule. De exemplu, de ce starea solidă a materiei duce la capacitatea corpurilor de a menține volumul și forma? În rețeaua cristalină a unui metal sau sare, particulele structurale sunt atrase unele de altele. În metale, ionii încărcați pozitiv interacționează cu ceea ce se numește „gaz de electroni”, o colecție de electroni liberi într-o bucată de metal. Cristalele de sare apar datorită atracției particulelor încărcate opus - ioni. Distanța dintre unitățile structurale de mai sus de solide este mult mai mică decât dimensiunile particulelor în sine. În acest caz, atracția electrostatică acționează, conferă putere, dar repulsia nu este suficient de puternică.

Pentru a distruge starea solidă de agregare a unei substanțe, trebuie depus un efort. Metalele, sărurile și cristalele atomice se topesc la temperaturi foarte ridicate. De exemplu, fierul devine lichid la temperaturi peste 1538 °C. Tungstenul este refractar și este folosit pentru a face filamente incandescente pentru becuri. Există aliaje care devin lichide la temperaturi peste 3000 °C. Mulți de pe Pământ sunt în stare solidă. Aceste materii prime sunt extrase cu ajutorul tehnologiei în mine și cariere.

Pentru a separa chiar și un ion de un cristal este necesar să cheltuiți număr mare energie. Dar este suficient să dizolvi sarea în apă pentru ca rețeaua cristalină să se dezintegreze! Acest fenomen este explicat proprietăți uimitoare apa ca solvent polar. Moleculele de H 2 O interacționează cu ionii de sare, distrugând legătura chimică dintre ele. Astfel, dizolvarea nu este o simplă amestecare a diferitelor substanțe, ci o interacțiune fizico-chimică între ele.

Cum interacționează moleculele lichide?

Apa poate fi un lichid, un solid și un gaz (abur). Acestea sunt stările sale de bază de agregare în condiții normale. Moleculele de apă constau dintr-un atom de oxigen de care sunt legați doi atomi de hidrogen. Are loc polarizarea legătură chimicăîntr-o moleculă, pe atomii de oxigen apare o sarcină negativă parțială. Hidrogenul devine polul pozitiv al moleculei, atras de atomul de oxigen al altei molecule. Aceasta se numește „legături de hidrogen”.

Starea lichidă de agregare este caracterizată de distanțe între particulele structurale comparabile cu dimensiunile lor. Atractia exista, dar este slaba, asa ca apa nu isi pastreaza forma. Vaporizarea are loc din cauza distrugerii legăturilor care au loc pe suprafața lichidului chiar și la temperatura camerei.

Există interacțiuni intermoleculare în gaze?

Starea gazoasă a unei substanțe diferă de cea lichidă și solidă în mai mulți parametri. Există decalaje mari între particulele structurale ale gazelor, mult mai mari decât dimensiunile moleculelor. În acest caz, forțele de atracție nu acționează deloc. Starea gazoasă de agregare este caracteristică substanțelor prezente în aer: azot, oxigen, dioxid de carbon. În imaginea de mai jos, primul cub este umplut cu gaz, al doilea cu lichid și al treilea cu solid.

Multe lichide sunt volatile; De exemplu, dacă deschiderea unei sticle deschise cu acid clorhidric aduceți un tampon de vată înmuiat în amoniac, apare fum alb. O reacție chimică între acidul clorhidric și amoniac are loc chiar în aer, producând clorură de amoniu. În ce stare de agregare se află această substanță? Particulele sale care formează fumul alb sunt mici cristale solide de sare. Acest experiment trebuie efectuat sub o hotă; substanțele sunt toxice.

Concluzie

Starea de agregare a gazului a fost studiată de mulți fizicieni și chimiști remarcabili: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clayperon, Mendeleev, Le Chatelier. Oamenii de știință au formulat legi care explică comportamentul substanțelor gazoase în reacțiile chimice atunci când condițiile externe se modifică. Modelele deschise nu au fost incluse doar în manualele școlare și universitare de fizică și chimie. Multe industrii chimice se bazează pe cunoștințele despre comportamentul și proprietățile substanțelor în diferite stări de agregare.

Cred că toată lumea cunoaște cele 3 stări principale ale materiei: lichidă, solidă și gazoasă. Întâlnim aceste stări ale materiei în fiecare zi și peste tot. Cel mai adesea, acestea sunt considerate folosind exemplul apei. Starea lichidă a apei ne este cea mai familiară. Bem constant apă lichidă, curge de la robinetul nostru, iar noi înșine suntem 70% apă lichidă. A doua stare fizică a apei este gheața obișnuită, pe care o vedem pe stradă iarna. Apa este ușor de găsit și sub formă gazoasă în viața de zi cu zi. În stare gazoasă, apa este, după cum știm cu toții, abur. Se vede când, de exemplu, punem la fiert un ibric. Da, la 100 de grade apa trece de la lichid la gazos.

Acestea sunt cele trei stări ale materiei care ne sunt familiare. Dar știați că de fapt sunt 4? Cred că toată lumea a auzit cel puțin o dată cuvântul „plasmă”. Și astăzi vreau să aflați mai multe despre plasmă - a patra stare a materiei.

Plasma este un gaz parțial sau complet ionizat cu densități egale de sarcini pozitive și negative. Plasma poate fi obținută din gaz - din a 3-a stare de agregare a unei substanțe prin încălzire puternică. Starea de agregare în general, de fapt, depinde complet de temperatură. Prima stare de agregare este cea mai scăzută temperatură la care corpul rămâne solid, a doua stare de agregare este temperatura la care corpul începe să se topească și să devină lichid, a treia stare de agregare este cea mai ridicată temperatură, la care substanța devine un gaz. Pentru fiecare corp, substanță, temperatura de tranziție de la o stare de agregare la alta este complet diferită, pentru unii este mai mică, pentru unii este mai mare, dar pentru toată lumea este strict în această secvență. La ce temperatură o substanță devine plasmă? Deoarece aceasta este a patra stare, înseamnă că temperatura de tranziție la ea este mai mare decât cea a fiecărei precedente. Și acest lucru este adevărat. Pentru a ioniza un gaz, este necesară o temperatură foarte ridicată. Cea mai scăzută temperatură și plasma ionizată scăzută (aproximativ 1%) se caracterizează printr-o temperatură de până la 100 de mii de grade. În condiții terestre, o astfel de plasmă poate fi observată sub formă de fulger. Temperatura canalului fulgerului poate depăși 30 de mii de grade, ceea ce este de 6 ori mai mare decât temperatura suprafeței Soarelui. Apropo, Soarele și toate celelalte stele sunt, de asemenea, plasmă, cel mai adesea la temperatură ridicată. Știința demonstrează că aproximativ 99% din toată materia din Univers este plasmă.

Spre deosebire de plasma de joasă temperatură, plasma de înaltă temperatură are aproape 100% ionizare și o temperatură de până la 100 de milioane de grade. Aceasta este cu adevărat o temperatură stelară. Pe Pământ, o astfel de plasmă se găsește doar într-un singur caz - pentru experimentele de fuziune termonucleară. O reacție controlată este destul de complexă și consumatoare de energie, dar o reacție necontrolată s-a dovedit a fi o armă de o putere colosală - o bombă termonucleară testată de URSS la 12 august 1953.

Plasma este clasificată nu numai după temperatură și gradul de ionizare, ci și după densitate și cvasi-neutralitate. Colocare densitatea plasmei de obicei înseamnă densitatea electronică, adică numărul de electroni liberi pe unitate de volum. Ei bine, cu asta, cred că totul este clar. Dar nu toată lumea știe ce este cvasi-neutralitatea. Cvasineutralitatea plasmatică este una dintre cele mai importante proprietăți ale sale, care constă în egalitatea aproape exactă a densităților ionilor și electronilor pozitivi incluși în compoziția sa. Datorită bunei conductivitati electrice a plasmei, separarea sarcinilor pozitive și negative este imposibilă la distanțe mai mari decât lungimea Debye și uneori mai mari decât perioada de oscilații ale plasmei. Aproape toată plasma este cvasi-neutră. Un exemplu de plasmă non-cvasi-neutră este un fascicul de electroni. Cu toate acestea, densitatea plasmelor non-neutre trebuie să fie foarte mică, altfel acestea se vor degrada rapid din cauza repulsiei Coulomb.

Am analizat foarte puține exemple terestre de plasmă. Dar sunt destul de multe. Omul a învățat să folosească plasma în beneficiul său. Datorită celei de-a patra stări a materiei, putem folosi lămpi cu descărcare în gaz, televizoare cu plasmă, sudare cu arc electric și lasere. Lămpile fluorescente convenționale cu descărcare sunt, de asemenea, plasmă. Există și o lampă cu plasmă în lumea noastră. Este folosit în principal în știință pentru a studia și, cel mai important, a vedea unele dintre cele mai complexe fenomene plasmatice, inclusiv filamentarea. O fotografie a unei astfel de lămpi poate fi văzută în imaginea de mai jos:

Pe lângă dispozitivele cu plasmă de uz casnic, plasmă naturală poate fi văzută adesea pe Pământ. Am vorbit deja despre unul dintre exemplele ei. Acesta este un fulger. Dar, pe lângă fulgere, fenomenele plasmatice includ aurora boreală, „focul Sfântului Elmo”, ionosfera Pământului și, desigur, focul.

Observați că focul, fulgerul și alte manifestări ale plasmei, așa cum o numim, ard. Ce cauzează o astfel de emisie de lumină puternică din plasmă? Strălucirea plasmei este cauzată de tranziția electronilor de la o stare cu energie înaltă la o stare cu energie scăzută după recombinare cu ioni. Acest proces are ca rezultat o radiație cu un spectru corespunzător gazului excitat. Acesta este motivul pentru care plasma strălucește.

Aș vrea să vorbesc puțin și despre istoria plasmei. La urma urmei, cândva, doar substanțe precum componenta lichidă a laptelui și componenta incoloră a sângelui erau numite plasmă. Totul s-a schimbat în 1879. În acel an, celebrul om de știință englez William Crookes, în timp ce studia conductivitatea electrică în gaze, a descoperit fenomenul plasmei. Adevărat, această stare a materiei a fost numită plasmă abia în 1928. Și asta a fost făcut de Irving Langmuir.

În concluzie, vreau să spun că un fenomen atât de interesant și misterios ca fulger cu minge, despre care am scris de mai multe ori pe acest site, este, desigur, și un plasmoid, ca un fulger obișnuit. Acesta este poate cel mai neobișnuit plasmoid dintre toate fenomenele plasmatice terestre. La urma urmei, există aproximativ 400 de teorii diferite despre fulgerul cu minge, dar nici una dintre ele nu a fost recunoscută ca fiind cu adevărat corectă. În condiții de laborator, fenomene similare, dar de scurtă durată au fost obținute de mai mulți în moduri diferite, așa că întrebarea despre natura fulgerului cu minge rămâne deschisă.

Plasma obișnuită, desigur, a fost creată și în laboratoare. Acest lucru a fost odată dificil, dar acum un astfel de experiment nu este deosebit de dificil. Deoarece plasma a devenit ferm stabilită în arsenalul nostru de zi cu zi, se fac o mulțime de experimente pe ea în laboratoare.

Cea mai interesantă descoperire în domeniul plasmei au fost experimentele cu plasmă în gravitate zero. Se pare că plasma se cristalizează în vid. Se întâmplă așa: particulele de plasmă încărcate încep să se respingă între ele, iar atunci când au un volum limitat, ocupă spațiul care le este alocat, împrăștiindu-se în direcții diferite. Aceasta este destul de asemănătoare cu o rețea cristalină. Nu înseamnă asta că plasma este legătura de strânsă între prima stare a materiei și a treia? La urma urmei, devine plasmă datorită ionizării gazului, iar în vid plasma devine din nou solidă. Dar aceasta este doar presupunerea mea.

Cristalele de plasmă din spațiu au, de asemenea, o structură destul de ciudată. Această structură poate fi observată și studiată doar în spațiu, în vidul real al spațiului. Chiar dacă creați un vid pe Pământ și plasați plasmă acolo, gravitația va comprima pur și simplu întreaga „imagine” care se formează în interior. În spațiu, cristalele de plasmă pur și simplu decolează, formând o structură tridimensională tridimensională formă ciudată. După ce a trimis rezultatele observării plasmei pe orbită oamenilor de știință de pe Pământ, s-a dovedit că vortexurile din plasmă repetă în mod ciudat structura galaxiei noastre. Aceasta înseamnă că în viitor va fi posibil să înțelegem cum s-a născut galaxia noastră prin studierea plasmei. Fotografiile de mai jos arată aceeași plasmă cristalizată.