مواد مجمعة. ما هي حالة التجميع؟ الحالة الإجمالية للمادة

تتكون أي مادة من جزيئات ، وتعتمد خصائصها الفيزيائية على كيفية ترتيب الجزيئات وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض. في الحياة العادية ، نلاحظ ثلاث حالات مجمعة للمادة - صلبة وسائلة وغازية.

على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الماء في حالة صلبة (جليدية) وسائلة (ماء) وغازية (بخار).

غازيتوسع حتى يملأ الحجم المخصص له بالكامل. إذا أخذنا في الاعتبار غازًا على المستوى الجزيئي ، فسنرى الجزيئات تتسارع بشكل عشوائي وتتصادم مع بعضها البعض ومع جدران الوعاء ، والتي ، مع ذلك ، لا تتفاعل عمليًا مع بعضها البعض. إذا قمت بزيادة حجم الوعاء أو تقليله ، فسيتم إعادة توزيع الجزيئات بالتساوي في الحجم الجديد.

على عكس الغاز عند درجة حرارة معينة ، فإنه يشغل حجمًا ثابتًا ، ومع ذلك ، فإنه يأخذ أيضًا شكل وعاء مملوء - ولكن فقط تحت مستوى سطحه. على المستوى الجزيئي ، أسهل طريقة للتفكير في السائل هي الجزيئات الكروية التي ، على الرغم من اتصالها الوثيق ببعضها البعض ، تتمتع بحرية الدوران حول بعضها البعض ، مثل الخرزات المستديرة في الجرة. صب السائل في وعاء - وسوف تنتشر الجزيئات بسرعة وتملأ الجزء السفلي من حجم الوعاء ، ونتيجة لذلك ، سيأخذ السائل شكله ، لكنه لن ينتشر في الحجم الكامل للوعاء.

صلبله شكله الخاص ، لا ينتشر على حجم الحاويةولا يأخذ شكله. على المستوى المجهري ، ترتبط الذرات ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية ، ويتم تثبيت موضعها بالنسبة لبعضها البعض. في الوقت نفسه ، يمكنهم تكوين هياكل مرتبة صلبة - شبكات بلورية - وكومة عشوائية - أجسام غير متبلورة (هذا هو بالضبط هيكل البوليمرات ، التي تبدو مثل المعكرونة المتشابكة واللزجة في وعاء).

تم وصف ثلاث حالات مجمعة كلاسيكية للمادة أعلاه. ومع ذلك ، هناك حالة رابعة يميل الفيزيائيون إلى تصنيفها كمجموعة. هذه هي حالة البلازما. تتميز البلازما بالتجريد الجزئي أو الكامل للإلكترونات من مداراتها الذرية ، بينما تظل الإلكترونات الحرة نفسها داخل المادة.

يمكننا ملاحظة التغيير في الحالات الكلية للمادة بأعيننا في الطبيعة. يتبخر الماء من سطح المسطحات المائية وتتشكل السحب. لذلك يتحول السائل إلى غاز. في الشتاء ، يتجمد الماء في الخزانات ويتحول إلى حالة صلبة ، وفي الربيع يذوب مرة أخرى ، ويعود إلى سائل. ماذا يحدث لجزيئات المادة عندما تتغير من حالة إلى أخرى؟ هل يتغيرون؟ هل تختلف جزيئات الجليد ، على سبيل المثال ، عن جزيئات البخار؟ الجواب لا لبس فيه: لا. تبقى الجزيئات كما هي تمامًا. تتغير طاقتهم الحركية ، وبالتالي خصائص المادة.

طاقة جزيئات البخار كبيرة بما يكفي لتشتت في اتجاهات مختلفة ، وعند التبريد ، يتكثف البخار في سائل ، والجزيئات لا تزال لديها طاقة كافية لحركة حرة تقريبًا ، ولكن ليس بما يكفي للانفصال عن جاذبية الجزيئات الأخرى ويطير بعيدا. مع مزيد من التبريد ، يتجمد الماء ، ويصبح جسمًا صلبًا ، ولم تعد طاقة الجزيئات كافية حتى للحركة الحرة داخل الجسم. إنها تتأرجح حول مكان واحد ، ممسكًا بالقوى الجذابة للجزيئات الأخرى.

جميع المواد المعروفة تقريبًا ، اعتمادًا على الظروف ، تكون في حالة غازية أو سائلة أو صلبة أو بلازما. هذا يسمي الحالة الإجمالية للمادة . لا تؤثر الحالة الكلية على الخواص الكيميائية والتركيب الكيميائي للمادة ، ولكنها تؤثر على الحالة الفيزيائية (الكثافة ، اللزوجة ، درجة الحرارة ، إلخ) ومعدل العمليات الكيميائية. على سبيل المثال ، الماء في الحالة الغازية هو بخار ، وفي الحالة السائلة يكون سائلًا ، وفي الحالة الصلبة يكون جليدًا وثلجًا وصقيعًا. التركيب الكيميائي هو نفسه ، لكن الخصائص الفيزيائية مختلفة. يرتبط الاختلاف في الخواص الفيزيائية بالمسافات المختلفة بين جزيئات المادة وقوى الجذب بينها.

تتميز الغازاتمسافات كبيرة بين الجزيئات وقوى الجذب الصغيرة. جزيئات الغاز في حركة فوضوية. هذا يفسر حقيقة أن كثافة الغازات منخفضة ، وليس لها شكلها الخاص ، فهي تشغل الحجم الكامل المقدم لها ، وعندما يتغير الضغط ، تغير الغازات حجمها.

في حالة سائلةالجزيئات قريبة من بعضها البعض ، وتزداد قوى الجذب بين الجزيئات ، والجزيئات في حركة انتقالية فوضوية. لذلك ، فإن كثافة السوائل أكبر بكثير من كثافة الغازات ، والحجم مؤكد ، وتقريباً لا يعتمد على الضغط ، لكن السوائل ليس لها شكلها الخاص ، ولكنها تأخذ شكل وعاء مزود. وهي تتميز "بترتيب قصير المدى" ، أي بدايات بنية بلورية (ستتم مناقشتها لاحقًا).

في المواد الصلبة الجسيمات (الجزيئات ، الذرات ، الأيونات) قريبة جدًا من بعضها البعض بحيث يتم موازنة قوى الجذب بواسطة قوى التنافر ، أي أن للجسيمات حركات تذبذبية ، ولا توجد منها انتقالية. لذلك ، توجد جسيمات المواد الصلبة في نقاط معينة في الفضاء ، وتتميز "بترتيب بعيد المدى" (سيتم مناقشته أدناه) ، المواد الصلبة لها شكل وحجم معين.

بلازما- هذا هو أي جسم تتحرك فيه الجسيمات المشحونة كهربائيًا (الإلكترونات أو النوى أو الأيونات) بشكل عشوائي. تسود حالة البلازما في الطبيعة وتنشأ تحت تأثير العوامل المؤينة: ارتفاع درجة الحرارة ، والتفريغ الكهربائي ، والإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة ، إلخ. هناك نوعان من البلازما: متحاورو تصريف الغاز . الأول ينشأ تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة ، وهو مستقر تمامًا ، وموجود لفترة طويلة ، على سبيل المثال ، الشمس ، والنجوم ، والبرق الكروي. ينشأ الثاني تحت تأثير التفريغ الكهربائي ويكون مستقرًا فقط في وجود مجال كهربائي ، على سبيل المثال ، في أنابيب إضاءة الغاز. يمكن اعتبار البلازما على أنها غاز مؤين يطيع قوانين الغاز المثالي.

ماذا سنفعل بالمواد المستلمة:

إذا كانت هذه المادة مفيدة لك ، فيمكنك حفظها في صفحتك على الشبكات الاجتماعية:

جميع المواضيع في هذا القسم:

فورونيج 2011
المحاضرة رقم 1 (ساعتان) أسئلة تمهيدية: 1. مادة الكيمياء. قيمة الكيمياء في دراسة الطبيعة وتطور التكنولوجيا. 2. أساسي

القوانين الكمية الأساسية للكيمياء
تشمل القوانين الكمية الأساسية للكيمياء: قانون ثبات التركيب ، وقانون النسب المتعددة وقانون المكافئات. تم اكتشاف هذه القوانين في نهاية القرن الثالث عشر - بداية القرن التاسع عشر ، و

النموذج الحديث لبنية الذرة
تستند النظرية الحديثة لبنية الذرة إلى عمل ج.

عدد الكم المداري 0 1 2 3 4
كل قيمة l تتوافق مع مدار ذو شكل خاص ، على سبيل المثال ، المدار s له شكل كروي ، المدار p عبارة عن دمبل. في نفس الغلاف ، تزداد طاقة المستويات الفرعية في السلسلة E.

هيكل ذرات الإلكترون المتعددة
مثل أي نظام ، تميل الذرات إلى الحد الأدنى من الطاقة. يتم تحقيق ذلك في حالة معينة من الإلكترونات ، أي مع توزيع معين للإلكترونات في المدارات. تسجيل

الخصائص الدورية للعناصر
نظرًا لأن التركيب الإلكتروني للعناصر يتغير بشكل دوري ، فإن خصائص العناصر التي يحددها هيكلها الإلكتروني ، مثل طاقة التأين ، وفقًا لذلك ،

النظام الدوري لعناصر دي منديليف
في عام 1869 ، أعلن D.I Mendeleev عن اكتشاف القانون الدوري ، والذي تكون صياغته الحديثة على النحو التالي: خاصية العناصر ، وكذلك أشكال وخصائص مركباتها

الخصائص العامة للرابطة الكيميائية
يشرح مذهب بنية المادة أسباب تنوع بنية المواد في حالات التجميع المختلفة. تجعل الأساليب الفيزيائية والكيميائية الفيزيائية الحديثة من الممكن التحديد تجريبيًا

أنواع الرابطة الكيميائية
تشمل الأنواع الرئيسية للروابط الكيميائية الروابط التساهمية (القطبية وغير القطبية) والأيونية والمعدنية. الرابطة التساهمية هي رابطة كيميائية تتكون

أنواع التفاعلات بين الجزيئات
تسمى الروابط ، التي لا يحدث فيها إعادة ترتيب لقذائف الإلكترون ، التفاعلات بين الجزيئات. يجب أن تكون الأنواع الرئيسية لتفاعل الجزيئات حول

التركيب المكاني للجزيئات
يعتمد التركيب المكاني للجزيئات على الاتجاه المكاني لتداخل السحب الإلكترونية بعدد الذرات في الجزيء وعدد أزواج الإلكترون من الروابط بسبب

الحالة الغازية للمادة. قوانين الغازات المثالية. غازات حقيقية
الغازات شائعة في الطبيعة وتستخدم على نطاق واسع في الهندسة. يتم استخدامها كوقود ، وناقلات حرارية ، ومواد خام للصناعة الكيميائية ، وسوائل عمل لأداء ميكانيكي

خصائص الحالة السائلة للمادة
السوائل في خصائصها تحتل مكانة وسيطة بين الأجسام الغازية والصلبة. بالقرب من نقطة الغليان ، تظهر أوجه تشابه مع الغازات: سائل ، ليس له شكل محدد ، غير متبلور

خصائص بعض المواد
مادة نوع الكريستال طاقة شعرية الكريستال ، kJ / mol مزاج

المفاهيم العامة للديناميكا الحرارية
الديناميكا الحرارية علم يدرس تحول أشكال مختلفة من الطاقة إلى بعضها البعض ويضع قوانين هذه التحولات. كنظام مستقل

الكيمياء الحرارية. التأثيرات الحرارية للتفاعلات الكيميائية
أي عمليات كيميائية ، بالإضافة إلى عدد من التحولات الفيزيائية للمواد (التبخر ، والتكثيف ، والذوبان ، والتحولات متعددة الأشكال ، وما إلى ذلك) دائمًا ما تكون مصحوبة بتغيير في المخزون الداخلي.

قانون هيس وعواقبه
على أساس العديد من الدراسات التجريبية ، اكتشف الأكاديمي الروسي جي آي هيس القانون الأساسي للكيمياء الحرارية (1840) - قانون ثبات مبالغ الحرارة

مبدأ تشغيل المحرك الحراري. كفاءة النظام
المحرك الحراري هو جهاز يحول الحرارة إلى عمل. تم اختراع أول محرك حراري في نهاية القرن الثامن عشر (بخاري). الآن هناك اثنان

طاقة حرة ومقيدة. الانتروبيا للنظام
من المعروف أن أي شكل من أشكال الطاقة يمكن تحويله بالكامل إلى حرارة ، ولكن يتم تحويل الحرارة إلى أنواع أخرى من الطاقة جزئيًا فقط ، بشرطًا ، الطاقة الداخلية للنظام هي

تأثير درجة الحرارة على اتجاه التفاعلات الكيميائية
اتجاه رد فعل DH DS DG DH< 0 DS >0 دج< 0

مفهوم الحركية الكيميائية
الحركية الكيميائية هي دراسة معدل التفاعلات الكيميائية واعتمادها على عوامل مختلفة - طبيعة وتركيز المواد المتفاعلة ، الضغط ،

العوامل المؤثرة في معدل التفاعلات الكيميائية. قانون التمثيل الجماهيري
تؤثر العوامل التالية على معدل التفاعلات الكيميائية: طبيعة وتركيز المواد المتفاعلة ؛ درجة الحرارة ، وطبيعة المذيب ، ووجود محفز ، إلخ.

نظرية تنشيط الجزيء. معادلة أرهينيوس
يعتمد معدل أي تفاعل كيميائي على عدد تصادمات الجزيئات المتفاعلة ، لأن عدد التصادمات يتناسب مع تركيزات المواد المتفاعلة. ومع ذلك ، ليس كل الجداول

ملامح التفاعلات التحفيزية. نظريات الحفز
يمكن التحكم في معدل التفاعل الكيميائي بواسطة محفز. المواد التي تشارك في التفاعلات وتغير (غالبًا تزيد) معدلها ، وتبقى بنهاية التفاعل

ردود فعل عكسية ولا رجعة فيها. علامات التوازن الكيميائي
يمكن تقسيم جميع التفاعلات إلى مجموعتين: قابلة للعكس ولا رجعة فيها. تترافق التفاعلات غير العكوسة مع هطول الأمطار ، أو تكوين مادة منخفضة الانفصال ، أو تطور الغاز. حقيقة عكسية

ثابت التوازن الكيميائي
ضع في اعتبارك تفاعلًا كيميائيًا قابلًا للعكس بشكل عام ، حيث تكون جميع المواد في نفس حالة التجميع ، على سبيل المثال ، السائل: aA + bB D cC + dD ، حيث

حكم مرحلة جيبس. مخطط حالة المياه
الخصائص النوعية لأنظمة التوازن غير المتجانسة التي لا يوجد فيها تفاعل كيميائي ، ولكن لوحظ فقط انتقال الأجزاء المكونة للنظام من حالة تجميع واحدة

قاعدة طور الماء لها الشكل
С = 1+ 2 - Ф = 3 - Ф 4 ، ثم С = -1 (

مفهوم التقارب الكيميائي للمواد. معادلات متساوي الحرارة ، متساوي الأضلاع ، متساوي الزوايا للتفاعلات الكيميائية
يشير مصطلح "التقارب الكيميائي" إلى قدرة المواد على الدخول في تفاعل كيميائي مع بعضها البعض. بالنسبة للمواد المختلفة ، فإنه يعتمد على طبيعة المواد المتفاعلة.

نظرية الذوبان (الهيدرات) للذوبان
تسمى الحلول أنظمة متجانسة تتكون من مادتين أو أكثر ، يمكن أن يختلف تكوينها في نطاق واسع إلى حد ما ، والنمو المسموح به

الخصائص العامة للحلول
في نهاية القرن التاسع عشر ، أنشأ راولت ، فان هوف ، أرهينيوس أنماطًا مهمة جدًا تتعلق بتركيز المحلول بضغط البخار المشبع للمذيب فوق المحلول ، درجة الحرارة.

أنواع المحاليل السائلة. الذوبان
يتم التعبير عن القدرة على تكوين محاليل سائلة بدرجات متفاوتة في مواد فردية مختلفة. بعض المواد يمكن أن تذوب إلى أجل غير مسمى (الماء والكحول) ، والبعض الآخر - فقط إلى حد محدود.

خصائص الشوارد الضعيفة
عندما تذوب في الماء أو مذيبات أخرى تتكون من جزيئات قطبية ، تخضع الشوارد للتفكك ، أي أكثر أو أقل مقسمة إلى إيجابية وسلبية

خصائص الشوارد القوية
تسمى الإلكتروليتات التي تنفصل تمامًا تقريبًا في المحاليل المائية بالإلكتروليتات القوية. تشمل الإلكتروليتات القوية معظم الأملاح الموجودة بالفعل في

في ظل هذه الظروف ، تكتسب الجسيمات الغروية شحنة كهربائية وقشرة هيدراتية ، مما يمنعها من الترسب.
تشمل طرق التشتت للحصول على أنظمة غروانية ما يلي: ميكانيكي - تكسير ، طحن ، طحن ، إلخ ؛ كهربائي - الحصول على مريول معدنية تحت العمل

استقرار المحاليل الغروانية. تجلط الدم. بيبدة
يُفهم استقرار المحلول الغرواني على أنه ثبات الخصائص الرئيسية لهذا الحل: الحفاظ على أحجام الجسيمات (الاستقرار التجميعي

خصائص الأنظمة المشتتة الغروانية
يمكن تقسيم جميع خصائص الأنظمة المشتتة الغروانية إلى ثلاث مجموعات رئيسية: الجزيئية الحركية والبصرية والحركية الكهربية. ضع في اعتبارك الحركية الجزيئية

ملامح عمليات التمثيل الغذائي
تنقسم التفاعلات الكيميائية إلى التبادل والاختزال (Ox-Red). إذا لم يغير التفاعل درجة الأكسدة ، فإن هذه التفاعلات تسمى التبادل. هم ممكنون

ميزات عمليات الأكسدة والاختزال
في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، تتغير حالة أكسدة مادة ما. يمكن تقسيم التفاعلات إلى تلك التي تحدث في نفس حجم التفاعل (على سبيل المثال ، in

المفاهيم العامة للكيمياء الكهربية. موصلات من النوع الأول والثاني
الكيمياء الكهربائية هي فرع من فروع الكيمياء يدرس أنماط التحولات المتبادلة للطاقة الكهربائية والكيميائية. يمكن فصل العمليات الكهروكيميائية

مفهوم جهد القطب
ضع في اعتبارك العمليات التي تحدث في الخلايا الجلفانية ، أي عمليات تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. تسمى الخلية الجلفانية الكهروكيميائية

خلية كلفانية دانيال جاكوبي
ضع في اعتبارك نظامًا يوجد فيه قطبان في محاليل أيوناتهما ، على سبيل المثال ، خلية جلفانية دانيال جاكوبي. يتكون من عنصرين نصفي: صفيحة زنك ، مغمورة

القوة الدافعة الكهربائية للخلية الجلفانية
يُطلق على أقصى فرق جهد الأقطاب الكهربائية التي يمكن الحصول عليها أثناء تشغيل الخلية الجلفانية القوة الدافعة الكهربائية (EMF) للخلية.

الاستقطاب والجهد الزائد
في العمليات التلقائية ، يتم إنشاء إمكانات التوازن للأقطاب الكهربائية. مع مرور التيار الكهربائي ، تتغير إمكانات الأقطاب الكهربائية. التغيير في جهد القطب

التحليل الكهربائي. قوانين فاراداي
التحليل الكهربائي هو الاسم الذي يطلق على العمليات التي تحدث على الأقطاب الكهربائية تحت تأثير تيار كهربائي يتم توفيره من مصدر تيار خارجي عبر الإلكتروليتات. عندما مختار

تآكل المعادن
التآكل هو تدمير المعدن نتيجة تفاعله الفيزيائي والكيميائي مع البيئة. هذه عملية عفوية تترافق مع انخفاض في طاقة جيبس ​​للنظام.

طرق الحصول على البوليمرات
البوليمرات هي مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع ذات أوزان جزيئية تتراوح من عدة آلاف إلى عدة ملايين. تسمى جزيئات البوليمر

هيكل البوليمرات
يمكن أن تكون جزيئات البوليمر خطية ومتفرعة ومتشابكة. البوليمرات الخطية هي بوليمرات يتم بناؤها من سلاسل طويلة من عناصر أحادية البعد ، أي

خصائص البوليمر
يمكن تقسيم خصائص البوليمرات بشكل مشروط إلى مواد كيميائية وفيزيائية. ترتبط كل من هذه الخصائص وغيرها بالسمات الهيكلية للبوليمرات ، وطريقة تحضيرها ، وطبيعة المواد التي يتم إدخالها في

تطبيق البوليمرات
على أساس البوليمرات ، يتم الحصول على الألياف والأفلام والمطاط والورنيش والمواد اللاصقة والبلاستيك والمواد المركبة (المركبات). يتم الحصول على الألياف عن طريق إجبار الحلول أو

بعض الكواشف لتحديد الكاتيونات
صيغة الكاشف تفاعل الكاتيون منتج Alizarin C14H6O

طرق التحليل الآلي
في السنوات الأخيرة ، تم استخدام طرق التحليل الآلية بشكل متزايد ، والتي لها العديد من المزايا: السرعة ، والحساسية العالية ، وإمكانية التحديد المتزامن لـ

أعتقد أن الجميع يعرف ثلاث حالات مجمعة أساسية للمادة: سائلة وصلبة وغازية. نواجه حالات المادة هذه كل يوم وفي كل مكان. غالبًا ما يتم اعتبارهم على سبيل المثال من الماء. أكثر ما نعرفه هو الحالة السائلة للماء. نحن نشرب الماء السائل باستمرار ، يتدفق من صنبورنا ، ونحن أنفسنا 70٪ ماء سائل. الحالة الكلية الثانية للمياه هي الجليد العادي الذي نراه في الشارع في فصل الشتاء. في الشكل الغازي ، من السهل أيضًا أن تلتقي المياه في الحياة اليومية. في الحالة الغازية ، الماء ، كما نعلم ، بخار. يمكن رؤيته عندما نقوم ، على سبيل المثال ، بغلي غلاية. نعم ، عند 100 درجة ينتقل الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.

هذه هي الحالات الثلاث الكلية للمادة المألوفة لدينا. لكن هل تعلم أن هناك بالفعل 4 منهم؟ أعتقد أن الجميع سمعوا كلمة "بلازما" مرة واحدة على الأقل. واليوم أريدكم أيضًا أن تتعلموا المزيد عن البلازما - الحالة الرابعة للمادة.

البلازما غاز مؤين جزئيًا أو كليًا له نفس كثافة الشحنات الموجبة والسالبة. يمكن الحصول على البلازما من الغاز - من الحالة الثالثة للمادة عن طريق التسخين القوي. تعتمد حالة التجميع بشكل عام ، في الواقع ، تمامًا على درجة الحرارة. الحالة الأولى للتجمع هي أدنى درجة حرارة يبقى فيها الجسم صلبًا ، والحالة الثانية للتجمع هي درجة الحرارة التي يبدأ عندها الجسم في الذوبان ويصبح سائلًا ، والحالة الثالثة للتجمع هي أعلى درجة حرارة تصبح فيها المادة غاز. لكل جسم ، مادة ، درجة حرارة الانتقال من حالة تجميع إلى أخرى مختلفة تمامًا ، فبالنسبة للبعض تكون أقل ، وبالنسبة للبعض تكون أعلى ، ولكن بالنسبة للجميع فهي بدقة في هذا التسلسل. وفي أي درجة حرارة تصبح المادة بلازما؟ نظرًا لأن هذه هي الحالة الرابعة ، فهذا يعني أن درجة حرارة الانتقال إليها أعلى من درجة الحرارة السابقة. وبالفعل هو كذلك. من أجل تأين الغاز ، يلزم وجود درجة حرارة عالية جدًا. أدنى درجة حرارة وانخفاض مؤين (حوالي 1٪) البلازما تتميز بدرجات حرارة تصل إلى 100 ألف درجة. في ظل الظروف الأرضية ، يمكن ملاحظة هذه البلازما في شكل برق. يمكن أن تتجاوز درجة حرارة قناة البرق 30 ألف درجة ، أي 6 مرات أكثر من درجة حرارة سطح الشمس. بالمناسبة ، الشمس وجميع النجوم الأخرى هي أيضًا بلازما ، وغالبًا ما تكون ذات درجة حرارة عالية. يثبت العلم أن حوالي 99٪ من مادة الكون هي البلازما.

على عكس البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة ، فإن البلازما ذات درجة الحرارة المرتفعة لديها تأين بنسبة 100٪ تقريبًا ودرجات حرارة تصل إلى 100 مليون درجة. هذه درجة حرارة نجمية حقًا. على الأرض ، توجد مثل هذه البلازما في حالة واحدة فقط - للتجارب على الاندماج النووي الحراري. يعتبر التفاعل الخاضع للرقابة معقدًا للغاية ويستهلك الكثير من الطاقة ، لكن التفاعل غير المنضبط أثبت نفسه بشكل كافٍ كسلاح ذي قوة هائلة - قنبلة نووية حرارية اختبرها الاتحاد السوفيتي في 12 أغسطس 1953.

تصنف البلازما ليس فقط حسب درجة الحرارة ودرجة التأين ، ولكن أيضًا حسب الكثافة وشبه الحياد. العبارة كثافة البلازماعادة ما يعني كثافة الإلكترونات، أي عدد الإلكترونات الحرة لكل وحدة حجم. حسنًا ، مع هذا ، أعتقد أن كل شيء واضح. لكن لا يعرف الجميع ما هو شبه الحياد. تعد شبه حياد البلازما من أهم خصائصها ، والتي تتكون من التكافؤ الدقيق تقريبًا لكثافات الأيونات الموجبة والإلكترونات المتضمنة في تركيبها. بسبب التوصيل الكهربائي الجيد للبلازما ، فإن الفصل بين الشحنات الموجبة والسالبة مستحيل على مسافات أكبر من طول ديباي وأحيانًا أكبر من فترة تذبذب البلازما. تقريبا كل البلازما شبه محايدة. مثال على البلازما غير شبه المحايدة هو شعاع الإلكترون. ومع ذلك ، يجب أن تكون كثافة البلازما غير المحايدة منخفضة جدًا ، وإلا فسوف تتحلل بسرعة بسبب تنافر كولوم.

لقد نظرنا في القليل جدًا من الأمثلة الأرضية للبلازما. لكن هناك ما يكفي منهم. لقد تعلم الإنسان استخدام البلازما لمصلحته. بفضل الحالة الكلية الرابعة للمادة ، يمكننا استخدام مصابيح تفريغ الغاز وتلفزيونات البلازما ولحام القوس الكهربائي والليزر. مصابيح الفلورسنت العادية لتفريغ الغاز هي أيضا البلازما. يوجد أيضًا مصباح بلازما في عالمنا. يتم استخدامه بشكل أساسي في العلوم للدراسة ، والأهم من ذلك ، لمشاهدة بعض أكثر ظواهر البلازما تعقيدًا ، بما في ذلك الفتيل. يمكن رؤية صورة لمثل هذا المصباح في الصورة أدناه:

بالإضافة إلى أجهزة البلازما المنزلية ، يمكن أيضًا رؤية البلازما الطبيعية على الأرض. لقد تحدثنا بالفعل عن أحد الأمثلة. هذا هو البرق. ولكن بالإضافة إلى البرق ، يمكن تسمية ظاهرة البلازما بالأضواء الشمالية ، "حرائق سانت إلمو" ، الغلاف الجوي المتأين للأرض ، وبالطبع النار.

لاحظ أن كلا من النار والبرق وغيرهما من مظاهر البلازما كما نسميها تحترق. ما هو سبب هذا الانبعاث الساطع للضوء بالبلازما؟ يرجع توهج البلازما إلى انتقال الإلكترونات من حالة الطاقة العالية إلى حالة الطاقة المنخفضة بعد إعادة التركيب مع الأيونات. تؤدي هذه العملية إلى إشعاع مع طيف يتوافق مع الغاز المثار. هذا هو سبب توهج البلازما.

أود أيضًا أن أخبركم قليلاً عن تاريخ البلازما. بعد كل شيء ، ذات مرة ، كانت تسمى فقط مواد مثل المكون السائل للحليب ومكون الدم عديم اللون البلازما. تغير كل شيء في عام 1879. في ذلك العام اكتشف العالم الإنجليزي الشهير ويليام كروكس ، الذي يبحث في التوصيل الكهربائي للغازات ، ظاهرة البلازما. صحيح أن هذه الحالة من المادة كانت تسمى البلازما فقط في عام 1928. وقد قام بذلك إيرفينغ لانجموير.

في الختام ، أود أن أقول إن ظاهرة مثيرة وغامضة مثل كرة البرق ، والتي كتبت عنها أكثر من مرة على هذا الموقع ، هي بالطبع بلازمويد ، مثل البرق العادي. ربما يكون هذا هو البلازميد الأكثر غرابة من بين جميع ظواهر البلازما الأرضية. بعد كل شيء ، هناك حوالي 400 نظرية مختلفة جدًا حول البرق الكروي ، ولكن لم يتم التعرف على أي منها على أنها صحيحة حقًا. في ظل الظروف المختبرية ، تم الحصول على ظواهر مماثلة ولكنها قصيرة المدى بعدة طرق مختلفة ، لذلك تظل مسألة طبيعة البرق الكروي مفتوحة.

البلازما العادية ، بالطبع ، تم إنشاؤها أيضًا في المختبرات. ذات مرة كان الأمر صعبًا ، لكن مثل هذه التجربة الآن ليست صعبة. منذ أن دخلت البلازما بقوة في ترسانتنا المنزلية ، هناك الكثير من التجارب عليها في المختبرات.

الاكتشاف الأكثر إثارة للاهتمام في مجال البلازما كان تجارب البلازما في انعدام الوزن. اتضح أن البلازما تتبلور في فراغ. يحدث هذا على النحو التالي: تبدأ جزيئات البلازما المشحونة في التنافر ، وعندما يكون حجمها محدودًا ، فإنها تشغل المساحة المخصصة لها ، وتنتشر في اتجاهات مختلفة. هذا مشابه جدًا للشبكة البلورية. ألا يعني هذا أن البلازما هي الرابط الوثيق بين الحالة الكلية الأولى للمادة والثالثة؟ بعد كل شيء ، تصبح بلازما بسبب تأين الغاز ، وفي الفراغ ، تصبح البلازما مرة أخرى ، كما كانت ، صلبة. لكن هذا مجرد تخميني.

بلورات البلازما في الفضاء لها أيضًا بنية غريبة نوعًا ما. يمكن ملاحظة هذا الهيكل ودراسته فقط في الفضاء ، في فراغ حقيقي من الفضاء. حتى إذا قمت بإنشاء فراغ على الأرض ووضعت بلازما هناك ، فإن الجاذبية ستضغط ببساطة على "الصورة" الكاملة التي تتكون في الداخل. ومع ذلك ، في الفضاء ، تنطلق بلورات البلازما ببساطة ، وتشكل بنية ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد ذات شكل غريب. بعد إرسال نتائج ملاحظات البلازما في المدار إلى علماء الأرض ، اتضح أن الدوامات في البلازما تحاكي بنية مجرتنا بطريقة غريبة. وهذا يعني أنه سيكون من الممكن في المستقبل أن نفهم كيف ولدت مجرتنا من خلال دراسة البلازما. تظهر الصور أدناه نفس البلازما المتبلورة.

الدول الإجمالية. السوائل. مراحل في الديناميكا الحرارية. انتقالات المرحلة.

المحاضرة 1.16.2 تحديث

يمكن أن توجد جميع المواد في ثلاث حالات من التجميع - السائل الصلبةو الغازي. الانتقالات بينهما مصحوبة بتغيير مفاجئ في عدد من الخصائص الفيزيائية (الكثافة ، التوصيل الحراري ، إلخ).

تعتمد حالة التجميع على الظروف المادية التي توجد فيها المادة. يرجع وجود العديد من حالات التجميع في مادة ما إلى الاختلافات في الحركة الحرارية لجزيئاتها (الذرات) وفي تفاعلها في ظل ظروف مختلفة.

غاز- حالة تجميع المادة ، حيث لا ترتبط الجسيمات بقوى التفاعل أو تكون ضعيفة للغاية ؛ الطاقة الحركية للحركة الحرارية لجزيئاتها (الجزيئات ، الذرات) تتجاوز بشكل كبير الطاقة الكامنة للتفاعلات بينها ، لذلك تتحرك الجسيمات بحرية تقريبًا ، وتملأ الوعاء الذي توجد فيه بالكامل ، وتتخذ شكلها. في الحالة الغازية ، ليس للمادة حجمها ولا شكلها الخاص. يمكن تحويل أي مادة إلى حالة غازية عن طريق تغيير الضغط ودرجة الحرارة.

سائل- حالة تجمع مادة وسيطة بين الصلبة والغازية. يتميز بحركة عالية للجسيمات ومساحة حرة صغيرة بينهما. يؤدي هذا إلى احتفاظ السوائل بحجمها واتخاذ شكل وعاء. في السائل ، تكون الجزيئات قريبة جدًا من بعضها البعض. لذلك ، فإن كثافة السائل أكبر بكثير من كثافة الغازات (عند الضغط العادي). خصائص السائل هي نفسها (الخواص) في جميع الاتجاهات ، باستثناء البلورات السائلة. عند تسخينها أو نقصانها في الكثافة ، تتغير خصائص السائل والتوصيل الحراري واللزوجة ، كقاعدة عامة ، في اتجاه التقارب مع خصائص الغازات.

تتكون الحركة الحرارية للجزيئات السائلة من مجموعة من الحركات التذبذبية الجماعية والقفزات العرضية للجزيئات من موضع توازن إلى آخر.

أجسام صلبة (بلورية)- الحالة الكلية للمادة ، وتتميز باستقرار شكل وطبيعة الحركة الحرارية للذرات. هذه الحركة هي اهتزازات الذرات (أو الأيونات) التي تشكل الجسم الصلب. عادة ما تكون سعة الاهتزاز صغيرة مقارنة بالمسافات بين الذرية.

خواص السوائل.

توجد جزيئات المادة في الحالة السائلة بالقرب من بعضها البعض تقريبًا. على عكس الأجسام البلورية الصلبة ، حيث تشكل الجزيئات هياكل مرتبة في جميع أنحاء حجم البلورة ويمكن أن تؤدي اهتزازات حرارية حول المراكز الثابتة ، تتمتع الجزيئات السائلة بحرية أكبر. كل جزيء من السائل ، وكذلك في الجسم الصلب ، "مثبت" من جميع الجوانب بالجزيئات المجاورة ويؤدي الاهتزازات الحرارية حول موضع توازن معين. ومع ذلك ، من وقت لآخر ، يمكن لأي جزيء أن ينتقل إلى مكان شاغر قريب. تحدث مثل هذه القفزات في السوائل بشكل متكرر ؛ لذلك ، لا ترتبط الجزيئات بمراكز معينة ، كما هو الحال في البلورات ، ويمكن أن تتحرك في جميع أنحاء الحجم الكلي للسائل. هذا ما يفسر سيولة السوائل. نظرًا للتفاعل القوي بين الجزيئات المتقاربة ، يمكن أن تشكل مجموعات مرتبة محلية (غير مستقرة) تحتوي على عدة جزيئات. هذه الظاهرة تسمى ترتيب قصير المدى.

نظرًا للتعبئة الكثيفة للجزيئات ، فإن انضغاط السوائل ، أي التغير في الحجم مع تغيير الضغط ، صغير جدًا ؛ إنه أقل بعشرات ومئات الآلاف من المرات من الغازات. على سبيل المثال ، لتغيير حجم الماء بنسبة 1٪ ، تحتاج إلى زيادة الضغط بحوالي 200 مرة. يتم تحقيق هذه الزيادة في الضغط مقارنة بالضغط الجوي على عمق حوالي 2 كم.

السوائل ، مثل المواد الصلبة ، تغير حجمها مع تغير درجة الحرارة. بالنسبة لنطاقات درجة الحرارة غير الكبيرة جدًا ، يتغير الحجم النسبي Δ الخامس / الخامس 0 يتناسب مع تغير درجة الحرارة Δ تي:

المعامل β يسمى معامل تمدد درجة الحرارة. هذا المعامل للسوائل أكبر بعشر مرات من المعامل للمواد الصلبة. بالنسبة للماء ، على سبيل المثال ، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية β في ≈ 2 10 -4 كلفن -1 ، للصلب - ست 3.6 10-5 كلفن -1 ، لزجاج الكوارتز - β kv ≈ 9 10-6 K -1.

التمدد الحراري للماء له شذوذ مثير للاهتمام ومهم للحياة على الأرض. عند درجات حرارة أقل من 4 درجات مئوية ، يتمدد الماء مع انخفاض درجة الحرارة (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

عندما يتجمد الماء ، يتمدد ، لذلك يبقى الجليد عائمًا على سطح الماء المتجمد. درجة حرارة الماء المتجمد تحت الجليد 0 درجة مئوية. في طبقات الماء الأكثر كثافة بالقرب من قاع الخزان ، تكون درجة الحرارة حوالي 4 درجات مئوية. بفضل هذا ، يمكن أن توجد الحياة في مياه الخزانات المتجمدة.

الميزة الأكثر إثارة للاهتمام للسوائل هو وجودها سطح الحرة. السائل ، على عكس الغازات ، لا يملأ الحجم الكامل للوعاء الذي يصب فيه. تتشكل واجهة بين السائل والغاز (أو البخار) ، والتي تكون في ظروف خاصة مقارنة ببقية كتلة السائل. الجزيئات الموجودة في الطبقة الحدودية للسائل ، على عكس الجزيئات الموجودة في عمقها ، ليست محاطة بجزيئات أخرى من نفس السائل من جميع الجوانب. يتم تعويض قوى التفاعل بين الجزيئات التي تعمل على أحد الجزيئات الموجودة داخل السائل من الجزيئات المجاورة ، في المتوسط ​​، بشكل متبادل. ينجذب أي جزيء في الطبقة الحدودية بواسطة جزيئات داخل السائل (يمكن إهمال القوى المؤثرة على جزيء معين من السائل من جزيئات الغاز (أو البخار)). نتيجة لذلك ، تظهر بعض القوة الناتجة موجهة في عمق السائل. يتم سحب جزيئات السطح إلى السائل بواسطة قوى الجذب بين الجزيئات. لكن يجب أن تكون جميع الجزيئات ، بما في ذلك تلك الموجودة في الطبقة الحدودية ، في حالة توازن. يتحقق هذا التوازن بسبب بعض الانخفاض في المسافة بين جزيئات الطبقة السطحية وأقرب جيرانها داخل السائل. عندما تقل المسافة بين الجزيئات ، تنشأ قوى التنافر. إذا كان متوسط ​​المسافة بين الجزيئات داخل السائل هو ص 0 ، فإن جزيئات الطبقة السطحية تكون أكثر كثافة إلى حد ما ، وبالتالي يكون لديهم احتياطي إضافي من الطاقة الكامنة مقارنة بالجزيئات الداخلية. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه نظرًا لانضغاطية منخفضة للغاية ، فإن وجود طبقة سطحية معبأة بشكل أكثر كثافة لا يؤدي إلى أي تغيير ملحوظ في حجم السائل. إذا تحرك الجزيء من السطح إلى السائل ، فإن قوى التفاعل بين الجزيئات ستقوم بعمل إيجابي. على العكس من ذلك ، لسحب بعض الجزيئات من عمق السائل إلى السطح (أي زيادة مساحة سطح السائل) ، قوى خارجيةيجب أن تقوم بعمل جيد أخارجي يتناسب مع التغيير Δ سمساحة السطح:

يُطلق على المعامل σ معامل التوتر السطحي (σ> 0). وبالتالي ، فإن معامل التوتر السطحي يساوي الشغل المطلوب لزيادة مساحة سطح سائل عند درجة حرارة ثابتة بمقدار وحدة واحدة.

في النظام الدولي للوحدات ، يقاس معامل التوتر السطحي بالجول لكل مترمربع (J / م 2) أو نيوتن لكل متر (1 N / m \ u003d 1 J / m 2).

وبالتالي ، فإن جزيئات الطبقة السطحية للسائل لها فائض مقارنة بالجزيئات الموجودة داخل السائل الطاقة الكامنة. الطاقة الكامنة هيتناسب p من سطح السائل مع مساحته: (1.16.1)

من المعروف من الميكانيكا أن حالات التوازن لنظام ما تتوافق مع الحد الأدنى لقيمة طاقته الكامنة. ويترتب على ذلك أن السطح الحر للسائل يميل إلى تقليل مساحته. لهذا السبب ، تأخذ القطرة الحرة من السائل شكلاً كرويًا. يتصرف المائع كما لو أن القوى تعمل بشكل عرضي على سطحه ، مما يقلل (ينقبض) هذا السطح. هذه القوى تسمى قوى التوتر السطحي.

إن وجود قوى التوتر السطحي يجعل سطح السائل يبدو وكأنه غشاء مرن ممتد ، مع الاختلاف الوحيد في أن القوى المرنة في الفيلم تعتمد على مساحة سطحه (أي على كيفية تشوه الفيلم) ، وقوى التوتر السطحي تعمل لا تعتمد على سوائل مساحة السطح.

تميل قوى التوتر السطحي إلى تقصير سطح الفيلم. لذلك يمكننا كتابة: (1.16.2)

وبالتالي ، يمكن تعريف معامل التوتر السطحي σ على أنه معامل قوة التوتر السطحي التي تعمل لكل وحدة طول من الخط الذي يحد السطح ( لهو طول هذا الخط).

بسبب تأثير قوى التوتر السطحي في القطرات السائلة وداخل فقاعات الصابون ، ضغط زائد Δ ص. إذا قطعنا عقليًا قطرة كروية نصف قطرها صإلى نصفين ، يجب أن يكون كل منهما في حالة توازن تحت تأثير قوى التوتر السطحي المطبقة على حدود القطع بطول 2π صوقوى الضغط الزائد المؤثرة على المنطقة π صقسمان (الشكل 1.16.1). تتم كتابة حالة التوازن كـ

بالقرب من الحد الفاصل بين السائل والصلب والغاز ، يعتمد شكل السطح الحر للسائل على قوى التفاعل بين الجزيئات السائلة والجزيئات الصلبة (يمكن إهمال التفاعل مع جزيئات الغاز (أو البخار)). إذا كانت هذه القوى أكبر من قوى التفاعل بين جزيئات السائل نفسه ، فعندئذ السائل يبللسطح جسم صلب. في هذه الحالة ، يقترب السائل من سطح الجسم الصلب بزاوية حادة θ ، وهو ما يميز الزوج السائل والصلب المحدد. الزاوية θ تسمى زاوية الأتصال. إذا تجاوزت قوى التفاعل بين الجزيئات السائلة قوى تفاعلها مع الجزيئات الصلبة ، فإن زاوية التلامس θ يتبين أنها منفرجة (الشكل 1.16.2 (2)). في هذه الحالة ، يُقال السائل لا تبللسطح جسم صلب. خلاف ذلك (الزاوية - الحادة) السائل يبللالسطح (الشكل 1.16.2 (1)). في ترطيب كاملθ = 0 ، في عدم ترطيب كاملθ = 180 درجة.

الظواهر الشعريةيسمى ارتفاع أو هبوط السوائل في الأنابيب ذات القطر الصغير - الشعيرات الدموية. ترتفع السوائل المبللة عبر الشعيرات الدموية ، وتنزل السوائل غير المبللة.

يوضح الشكل 1.16.3 أنبوب شعري بنصف قطر معين صخفضت بالطرف السفلي إلى سائل ترطيب كثافته ρ. الطرف العلوي للشعيرات الدموية مفتوح. يستمر ارتفاع السائل في الشعيرات الدموية حتى تصبح قوة الجاذبية المؤثرة على عمود السائل في الشعيرات الدموية متساوية في القيمة المطلقة مع الناتج Fن قوى التوتر السطحي التي تعمل على طول حدود التلامس بين السائل وسطح الشعيرات الدموية: Fر = Fن ، أين Fر = ملغ = ρ حπ ص 2 ز, Fن = σ2π صكوس θ.

هذا يعني:

مع الترطيب الكامل θ = 0 ، cos θ = 1. في هذه الحالة

مع عدم ترطيب كامل ، θ = 180 درجة ، cos θ = –1 ، وبالتالي ، ح < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

يبلل الماء سطح الزجاج النظيف بالكامل تقريبًا. وعلى العكس من ذلك ، فإن الزئبق لا يبلل السطح الزجاجي تمامًا. لذلك ، ينخفض ​​مستوى الزئبق في الأنبوب الشعري الزجاجي إلى ما دون المستوى الموجود في الوعاء.