Тема 2. Агрегатные состояния вещества

Цели, задачи:

На фактическом уровне получения знаний:

1. Понятия твердого, жидкого, газообразного и плазменного, конденсированного, кристаллического и аморфного состояний вещества;

2. Основные положения молекулярно-кинетической теории газов: модель идеального газа, параметры газов: T, P, V, С (концентрация) и их законы, реальные газы; их характерные свойства;

3. Молекулярно-кинетическая теория жидкостей и их свойства;

4. Типы кристаллических решеток и свойства твердых веществ;

На операционном уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Проводить расчеты параметров газов (T, P, V, С) при нормальных условиях (н.у.) на основании уравнения Клапейрона-Менделеева;

2. Определять относительную молекулярную массу газа или смеси газов и их относительную плотность на основе газовых законов;

3. Определять истинную и простейшую формулы вещества по его составу;

4. Определять тип кристаллической решетки вещества и его свойства по природе частиц в узлах и типу химической связи между ними.

На аналитическом уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Прогнозировать физические и физико-химические свойства вещества в различных состояниях в зависимости от его состава и структуры;

2. Объяснять электронные свойства кристаллических веществ на базе зонной теории;

 

Фактический материал:

I. Представление о четырех агрегатных состояниях вещества; твердом, жидком, газообразном и плазме в зависимости от внешних условий (Р, Т). Природа и энергия сил взаимодействия частиц, скорость их движения в различных состояниях.

II. Краткая характеристика газового состояния вещества: молекулярно-кинетическая теория, газовые законы, уравнение состояния идеального газа Клапейрона-Менделеева. Реальные газы – уравнение Ван-Дер-Ваальса. Параметры газовых систем: P, V, T, С. Смеси газов; объемная доля газов и молярная масса смеси. Свойства газов. Понятие плазмы.

III. Понятие конденсированного состояния вещества. Его особенности и отличие от газового. Ближний и дальний порядок. Представление о жидком состоянии вещества. Молекулярно-кинетическая теория жидкого состояния: типы частиц, структуры жидкости, кластеры. Характерные свойства жидкостей и их параметры: объем (V), плотность (P), вязкость (ῃ), поверхностное натяжение (δ), летучесть (Р). Природа химической связи соединений в жидком состоянии.

IV. Понятие твердого состояния вещества. Особенности строения и характерные свойства. Кристаллическое и аморфное состояния. Различия в их строении и свойствах. Кристаллические структуры (решетки), изоморфизм, полиморфизм. Классификация кристаллической решетки по природе частиц и типу химической связи между ними: молекулярные, ионные, металлические и ковалентно-атомные решетки; их строение, классы соединений и свойства указанных кристаллов. Координационные решетки. Молекулы и фазы как носители свойств кристаллов. Наиболее известные представители кристаллических веществ: металлы, неметаллы, оксиды, соли, гидроксиды. Аллотропия на примере углерода. Смешанные решетки.

Выводы по теме:

1. В зависимости от характера взаимодействия частиц, образующих вещество, различает четыре агрегатных состояния, которые имеют свои особенности. Вещество в зависимости от внешних условий (Р, Т) может находиться в любом из этих состояний.

2. Поведение газов объясняется молекулярно-кинетической теорией, зависит от Т и Р. Поэтому для расчета параметров газа используют как уравнение состояния идеального газа, так и уравнение Ван-дер-Ваальса.

3. Жидкости занимают промежуточное положение между газами и твердыми веществами, их свойства зависят от температуры. Молекулярно-кинетическая теория с учетом сил взаимодействия между молекулами позволяет объяснить основные свойства жидкостей.

4. Твердые вещества могут находиться в аморфном и кристаллическом состояниях, которые отличаются по строению и свойствам. Носителем свойств твердых веществ (за исключением молекулярных кристаллов) является фаза.

5. Тип кристаллической системы определяется природой и размером частиц, видом химических связей между ними, температурой и другими факторами. Существенное отличие физических и химических свойств разных кристаллических веществ определяется различиями характера связи между частицами в кристалле.

6. Все кристаллы можно разделить на основные и смешанные виды в зависимости от природы частиц.

 

Вопросы для самопроверки:

1. Определить молекулярную массу газа, если 0.824г его занимают объем 0.260 л (н.у):

а) 71 г; б) 35,5 г; в) 142 г.

2. Газообразное соединение азота с водородом содержит 12,5 % водорода (по массе). Плотность соединения по водороду равна 16. Определить молекулярную формулу соединения. Совпадает ли она с простейшей?

а) NH3; б) NH2 ; в) N2H4.

3. Подобно газам, жидкости обладают такими свойствами как:

а) высокая сжимаемость и низкая плотность;

б) имеют собственный объем;

в) не имеет определенной формы;

г) неограниченно смешиваются друг с другом.

4. Свойства, характерные для веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

а) пластичность, тугоплавность, электропроводность;

б) хрупкость; легкоплавкость, изоляторы;

в) теплопроводность, растворимость в воде, твердость.

5. Какие, из перечисленных ниже веществ, имеют только а) молекулярную; б) атомную кристаллические решетки?

а) CO2, NaCl, BaO, Zn;

б) CO2, CH3COOH, J2, H2O;

в) SiO2, Ge, CaC2, ZnS;

г) Cu, H2O, Na3CO3, C(алмаз).

6. Объяснить причину, по которой алмаз имеет высокую твердость, а другая аллотропная разновидность углерода – графит – мягкое вещество:

а) наличие подвижных электронов π-связей в графите;

б) наличие непрочной химической связи;

в) наличие слабого межмолекулярного взаимодействия между слоями атомов углерода в кристалле графита.