Газообразное состояние

Газ (французское gaz, происшедшее от греческого chaos — хаос) — это агрегатное состояние вещества, в котором силы взаимодействия его частиц, заполняющих весь предоставленный им объем, пренебрежимо малы.

Свойства газов:

• Образующие его частицы хаотически движутся и при этом большую часть времени находятся на больших (по сравнению с их собственными размерами) расстояниях друг от друга. Поэтому между ними силы, обуславливающие тепловое движение частиц, гораздо больше сил притяжения. Следовательно, газы обладают большой чувствительностью к температуре и давлению и при низкой температуре и высоком давлении происходит переход газообразного состояния в жидкое.

• Сжимаемость и способность расширяться. Газы не имеют собственной формы и расширяются до тех пор, пока не заполнят весь сосуд, принимая его форму.

• По той же причине газы не имеют собственного объема, объем газа определяется объемом сосуда, в котором он находится. Газ оказывает на стенки сосуда постоянное давление, одинаковое во всех направлениях.

• Способны смешиваться друг с другом в любых соотношениях.

• Газообразные вещества обычно химически более активны, чем жидкие и твердые.

Жидкость - это агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкостям присущи некоторые черты твердого вещества (сохраняет свой объем, образует поверхность, обладает определенной прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда, в котором находится).

В жидкостях силы притяжения между частицами соизмеримы с силами обусловливающие тепловое колебание молекул. Температура и давление значительно влияют на жидкое состояние вещества, но здесь уже можно говорить о ближнем порядке расположения частиц (он носит локальный, местный порядок, то есть порядок не распространяется на весь объём вещества). Ближний порядок – это строгое расположение близко лежащих частиц по отношению к одной частице. Однако все жидкости подвержены флуктуации, то есть перераспределению частиц в зависимости от условий.

Тепловое движение молекул (атомов) жидкости представляет собой сочетание малых колебаний около положений равновесия и частых перескоков из одного положения равновесия в другое. Одновременно происходят медленные перемещения молекул и их колебания внутри малых объемов, частые перескоки молекул нарушают дальний порядок в расположении частиц и обусловливают текучесть жидкостей, а малые колебания около положений равновесия обусловливают существование в жидкостях ближнего порядка.

Для жидкости характерна изотропность, то есть одинаковостью физических свойств по различным направлениям. Между частицами жидкости существуют равномерно распределенные по объему и перемещающиеся пустоты с размерами, сопоставимыми с размерами частиц.

Жидкости присущ определенный объем. Она стремиться принять такую форму, которая способствовала бы минимальной площади ее поверхности, так как для увеличения поверхности жидкости требуется дополнительная энергия, которая определяется поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение возникает из-за неуравновешенности межмолекулярных сил, действующих у поверхности жидкости. Оно минимально, когда жидкость принимает сферическую форму.

Кластерной структурой объясняются и другие аномалии воды - высокие значения теплоты испарения, поверхностного натяжения и удельной теплоемкости а также влияние на свойства воды растворенных в ней веществ.

Твердое состояние вещества — это агрегатное состояние, которое характеризуется большими силами взаимодействия между частицами вещества (атомами, молекулами, ионами).

Твердые вещества характеризуются устойчивостью формы. Составляющие их атомы, ионы и молекулы совершают малые колебания относительно некоторых фиксированных положений. Связь между атомами в твердых телах может быть ионной, ковалентной, металлической, водородной. Возможно образование межмолекулярных связей. Во многих твердых телах одновременно присутствует несколько типов связей.

При понижении температуры жидкость может замораживаться без упорядочения структуры. Вещество при этом уже находиться в твёрдом состоянии, но структура его приближается к структуре жидкости – такие вещества называются аморфными (от греческого "аморфос" - бесформенный)

Свойства аморфных тел:

• Главный признак - отсутствие атомной или молекулярной решетки, то есть трехмерной периодичности структуры, характерной для кристаллического состояния.

• Для аморфного состояния характерно наличие только ближнего порядка. Структуры аморфных веществ напоминают жидкости, однако обладают гораздо меньшей текучестью.

• Аморфное состояние обычно неустойчиво. Аморфное состояние обладает некоторым избыточным запасом внутренней энергии, поэтому самопроизвольно переходит в кристаллическое состояние как более устойчивое. Из-за этого большинство веществ в обычных условиях всё же находятся в кристаллическом состоянии.

• Под действием механических нагрузок или при изменении температуры аморфные тела могут закристаллизоваться.

• Текучесть (т.к. по некоторым теориям аморфные тела рассматриваются как переохлаждённые жидкости). Это свойство можно обнаружить при внимательном исследовании оконных стёкол, очень старых домов. Оконные стёкла в таких домах внизу несколько толще, так как долгое время стекло постоянно перетекало вниз под влиянием силы тяжести. Сравнительно недавно научились получать в стеклообразном состоянии металлы. Для этого металл расплавляют, а затем за очень короткое время охлаждают. Вследствие быстрого охлаждения в металле не возникает правильной кристаллической структуры, он становиться стеклообразным. Металлостёкла отличаются высокой твёрдостью, износоустойчивостью и коррозийной стойкостью.

• Аморфные тела изотропны, то есть их механические, оптические, электрические и другие свойства не зависят от направления.

• У аморфных тел нет фиксированной температуры плавления: плавление происходит в некотором температурном интервале. Переход аморфного вещества из твердого состояния в жидкое не сопровождается скачкообразным изменением свойств. Например: интервал температуры плавления силикатных стёкол составляет приблизительно 200С.

Физическая модель аморфного состояния до сих пор не создана.

Реакционная способность веществ в аморфном состоянии значительно выше, чем в кристаллическом.

Примеры аморфных веществ: естественные: мёд, янтарь, канифоль, смола, битум;

искусственные: стекло, многие оксиды, гидроксиды.

Существуют вещества, которые в твердом виде могут находиться только в аморфном состоянии. Это относится к полимерам с нерегулярной последовательностью звеньев.

В ряде случаев одно и тоже вещество может находиться в различных состояниях, например: SiO₂ существует в стеклообразном и в нескольких кристаллических состояниях; также S-сера, есть аморфная сера и две кристаллические модификации (ромбическая и моноклинная).