Решебники для студентов » Агрегатний стан речовини

Агрегатний стан речовини

Речовина в залежності від температури та тиску може знаходитись у наступних станах: твердому, рідкому, газоподібному та у вигляді плазми.

Газ — це один з агрегатних станів речовини, в якому його частинки не пов’язані між собою міжмолекулярними силами притягання, та хаотично переміщуються, заповнюючи весь можливий об’єм. При нормальних температурах та тиску середня відстань між молекулами в газі приблизно у 10 разів більша, і тому їх густина значно менша, ніж у рідині та твердих тілах. При звичайних атмосферних умовах гази електронейтральні, тобто є діелектриками. У будь–якому газі знаходяться іони, але їх недостатньо, щоб газ став електропровідним. Усі гази при звичайних умовах можна рахувати ідеальними газами, тобто газами, у яких можна нехтувати силами взаємодії між молекулами.
Рідина — це речовина у конденсованому стані, проміжному між твердим та газоподібним. Як і тверді тіла, рідина має велику густину, малу стисливість, подібно газам добре тече та не має стабільної форми. Відстань між молекулами порядку 10–1 нм. Зв’язок між молекулами рідини електростатичний (згідно закону Кулона)

(1.1)


де q1, q2 — заряд молекул;
r — відстань між молекулами.

Завдяки сильним зв’язкам між молекулами рідина має поверхневий натяг. Завдяки цій властивості можливо виконувати зварювання у стельовому та вертикальному положеннях. Будова рідини характеризується ближнім порядком, тобто для кожної молекули кількість її ближніх сусідів та їх розташування однакове.
Тверді тіла — це фізичні тіла, які мають стабільну форму, а також для них характерна об’ємна пружність та пружність форми.
Тверді тіла поділяються на два види:
— кристалічні;
— аморфні.
Кристалічні тіла — це тверді тіла, які мають упорядковане розташування утворюючих їх частинок (атомів, іонів, молекул). В ідеальних кристалах частинки розташовуються суворо періодично в трьох вимірах, утворюючи кристалічну гратку. Найменший об’єм атомів, багаторазове повторювання якого може відтворити кристалічну гратку, має назву — елементарна кристалічна гратка. Типи кристалічних граток: кубічна К6, кубічна об’ємноцентрована К8, кубічна гранецентрована К12, тетрагональна К6, тетрагональна об’ємноцентрована К8, тетрагональна гранецентрована К12, гексагональна К6, гексагональна щільноупакована К12.
Густота «упакування» частинок у кристалах характеризується координаційним числом (К), яке показує скільки ближчих рівновіддалених частинок оточує кожну частинку в кристалі. Будова твердих тіл характеризується дальнім порядком. Деякі речовини (залізо, кварц та інші) у різних інтервалах температур та тиску мають у рівноважному стані різну кристалічну структуру (поліморфізм).
У кристалічній гратці мають місце дефекти:
— пружні викривлення;
— викривлення поверхневого шару кристалічної гратки;
— точкові (атоми впровадження та заміщення);
— лінійні (лінійні дислокації);
— об’ємні (гвинтові дислокації, пори, ліквація).
Аморфні тіла — це сильно переохолоджена рідина. Будова аморфних тіл характеризується близьким порядком. Вони ізотропні — у всіх трьох вимірах властивості однакові. Аморфні тіла характеризуються відсутністю температури плавлення.
Аморфні тіла бувають:
— природні (смола, янтар);
— штучні (зварювальні шлаки, скло).
Плазма — сильно іонізований газ, для якого зберігаються умови квазінейтральності (об’ємні густини позитивних та негативних електричних зарядів приблизно однакові). Плазма утворюється при електричних розрядах у газах, при нагріванні газів до температур, достатніх для процесу термічної іонізації. Плазма електропровідна, а тому навколо плазми існують електричні та магнітні поля.
Будова скла. Головним елементом структури силікатного скла є тетраедри [SіO4]–4 (рисунок 1.1), котрі з’єднуючись між собою вершинами утворюють безперервну одномірну, двомірну та тривимірну просторову структуру.



Рисунок 1.1 — Схема аніону


Окремі тетраедри з’єднуються за допомогою місткового кисню
(рисунок 1.2).



1 — модифікатор; 2 — кисень; 3 — кремній


Рисунок 1.2 — Будова скла з модифікаторами


Розрізняють два види кисню:
а) містковий, який забезпечує зв’язок тетраедрів між собою. Цей зв’язок дуже міцний;
б) немістковий кисень, за допомогою якого здійснюється зв’язок структурної сітки з модифікатором. Зв’язок неміцний, його руйнування відбувається під час нагрівання скла.
Компоненти скла, які здатні самостійно утворювати безперервну сітку (SіO2, B2O3, P2O5), мають назву склоутворювачів. Компоненти скла, які не здатні самостійно утворювати безперервну сітку, мають назву модифікаторів. Це, як правило, оксиди елементів першої та другої груп періодичної системи. Катіони модифікаторів розташовуються у вільних місцях структурної сітки, компенсуючи надлишковий заряд складного аніону. Зв’язок модифікатору з структурною сіткою значно слабший, ніж зв’язки у самій структурній сітці, а тому при нагріванні та прикладенні електричної напруги зв’язки руйнуються, модифікатор легко мігрує в середині структурної сітки, забезпечуючи цим самим електропровідність.
Ситал. Ситал — це полікристалічний матеріал, який отримують при кристалізації звичайного скла за рахунок введення у скло кристалізаторів (наприклад, титана). Будова ситалу наведена на рисунку 1.3.



СФ — склофаза; КФ — кристалічна фаза


Рисунок 1.3 — Будова ситалу


Розмір кристалів 1 – 2 мкм. Ситал має двофазну структуру (склофазу та кристалічну фазу). Об’єм кристалічної фази може бути 20 – 90 % від усього об’єму. Ситал має велику міцність, термостійкість (стійкість до різких перепадів температур), до динамічних навантажень, стійкість до хімічних реагентів.

Докладніше по п. 1.1 дивись [2, 4, 16, 17].

===>>> Зміст