Газ в твердом состоянии: Газ бывает твердый, жидкий и газообразный – Наука – Коммерсантъ

Химики придумали, как быстро «заморозить» природный газ для безопасного хранения и транспортировки

Учёные из Сингапура изобрели способ легко переводить природный газ в удобное и безопасное твёрдое состояние. В таком виде его можно транспортировать в обычных морозильных камерах при атмосферном давлении.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science.

Сегодняшний мир трудно представить себе без природного газа. На нём работают не только газовые плиты и газовые котлы в домах, но и целые электростанции. Всё больше появляется и транспорта, использующего этот самый экологичный из всех видов ископаемого топлива.

Но транспортировка природного газа остаётся большой проблемой. По техническим, экономическим, а иногда и политическим причинам газопровод можно проложить далеко не везде. Поэтому целый ряд стран импортирует газ в сжиженном виде в танкерах-газовозах.

Однако сжижение природного газа – дорогое удовольствие, ведь для этого нужна температура около −160 °C.

К тому же оба способа транспортировки природного газа потенциально небезопасны. При повреждении газопровода или контейнера со сжиженным газом может возникнуть утечка, чреватая взрывом или отравлением людей.

Перспективный метод хранения и транспортировки природного газа – это превращение его в газовые гидраты. В этом случае молекулы топлива как будто помещаются в ловушки из молекул обычной воды. В результате газовая субстанция превращается в твёрдое вещество. В таком виде природный газ абсолютно безопасен и допускает хранение при температуре ненамного ниже нуля и атмосферном давлении.

Однако технология превращения природного газа в газовые гидраты тоже не лишена недостатков. Сейчас для этого используются опасные ядовитые добавки. К тому же и сам процесс образования гидратов довольно медленен.

Решение этой проблемы предложили учёные из Сингапура. Заметим, что 95% электроэнергии в этом маленьком азиатском государстве вырабатывается путём сжигания импортируемого газа, так что для Сингапура подобные исследования весьма актуальны.

Исследователи разработали собственную систему добавок для образования газовых гидратов. Новые присадки малотоксичны. К тому же они обеспечивают отвердевание газа за каких-то 15 минут (это почти в 2,5 раза превышает предыдущий рекорд скорости).

Учёные удостоверились, что получаемые гидраты остаются стабильными при атмосферном давлении и температуре −5 °C. Другими словами, его можно хранить в морозильной камере даже бытового холодильника. Технология перевозки грузов при такой температуре также давно отлажена, ведь мир потребляет огромное количество замороженных продуктов.

Авторы также отмечают, что килограмм природного газа в твёрдом виде имеет почти в 90 раз меньший объём, чем в обычном состоянии. Так что хранение и транспортировка «газового льда» могут оказаться весьма выгодными.

Разработчики уже наладили опытное производство нового продукта мощностью в сто килограммов в сутки. Когда технология будет отлажена, она может изменить рынок природного газа.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о методе сжигания природного газа без выбросов в атмосферу. Писали мы и о способе экологично сжигать нефтепродукты.

Производитель сухого льда прокомментировал гибель участников вечеринки в Москве — Происшествия

МОСКВА, 29 февраля. /ТАСС/. Участники банной вечеринки в бассейне на юге Москвы были обречены на гибель из-за нарушения правил использования сухого льда. Такое мнение высказал ТАСС руководитель направления корпоративных коммуникаций одного из заводов по производству сухого льда Олег Уланов.

В пятницу вечером в банном клубе в Коломенском проезде во время празднования дня рождения блогера Екатерины Диденко участники вечеринки сбросили в бассейн около 30 кг сухого льда для создания эффекта тумана. В результате три человека погибли и четверо пострадали.

«Что там произошло, это понятно. Они кинули сухой лед. Его температура — минус 70, воды — 20. При такой при большой разнице температур концентрированный углекислый газ начал испаряться. Когда люди прыгнули в воду, фактически, они сразу обрекли себя», — сказал он.

Газ над водой

Уланов пояснил, что над водой воздуха уже не было, там был только углекислый газ, который тяжелее воздуха, не имеет запаха, цвета. «Человек, который вдыхает этот пар, не понимает, что вдыхает углекислый газ, ему кажется, что он дышит воздухом, наступает удушье и человек теряет сознание», — уточнил собеседник агентства.

По его словам, сам сухой лед, если им правильно пользоваться, — абсолютно безопасный. «В малых дозах он вреда для организма не несет, никак не влияет. В данной ситуации люди не рассчитали объем льда», — считает Уланов.

Он рассказал, что при перевозке льда, при обращении с ним надо соблюдать определенные правила. «Салон автомобиля — кабина и грузовой отсек — должны быть герметичны друг от друга, потому что, когда человек положит в багажник лед и поедет, есть риск, что тот начнет испаряться, и при большой концентрации человек может потерять сознание за рулем», — добавил собеседник агентства.

Сухой лед в твердом состоянии — углекислый газ, который при охлаждении до минус 70 градусов переходит в фазу твердого вещества. Он используется для охлаждения продуктов, для их перевозки, что позволяет сохранить их качество.

Ранее источник в правоохранительных органах сообщил, что три человека, которые прыгнули в воду, когда там уже был сухой лед, создавший эффект тумана, потеряли сознание из-за выделившегося углекислого газа. «Фактически они утонули», — сказал он.

производство и рыночные ниши мазута, битума, смазочных материалов

Темные — общее название всех типов мазутов и дистиллятных масел. К этой категории также относится битум, гудрон и вакуумный газойль, то есть продукты нефтепереработки, состоящие из тяжелых остатков фракционирования нефти. Как следует из названия, все они имеют темный цвет.

Полимерно-модифицированный битум входит в состав верхнего дорожного слоя на американских хайвеях, немецких автобанах и итальянских автострадах. ПМБ, изготовленный по технологии Styrelf, применяют в покрытиях на взлетно-посадочных полосах, сложнейших горных дорогах и гоночных трассах класса «Формулы-1».

Такой разный мазут

Одна из основных разновидностей тяжелого жидкого топлива — топочные мазуты. Они используются в котельных агрегатах электростанций, в технологических печах в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве, в судовых котельных установках, газовых турбинах.

Хотя мазутом называют остатки первичной перегонки нефти, топочный мазут — это, как правило, многокомпонентное топливо, в которое, помимо прямогонного мазута, добавляют фракции, оставшиеся после процессов крекинга и висбрекинга, тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования, отходы масляного производства, легкие газойли вторичных процессов. Вязкости мазута в соответствии со стандартами помогает поддержать добавление более легких дистиллятов.

Вязкость мазута может варьироваться в значительных пределах, а потому это важнейший показатель качества котельных и тяжелых моторных топлив, который положен в основу маркировки мазута. Вязкость влияет на выбор способа сливных и наливных операций при его отгрузке, на их продолжительность, на условия транспортировки продукта, эффективность работы форсунок двигателя, распыляющих топливо.

Качество этого вида топливатакже определяют такие характеристики мазута, как содержание воды, механических и минеральных примесей, зольность*, температура застывания и вспышки**, теплота сгорания. От них зависят условия применения горючего. Например, для топлив, которые используются в газотурбинных установках, очень важно низкое содержание ванадия и серы, так как они вызывают коррозию турбинных лопаток. А влага в мазуте может привести к расстройству режима горения из-за возможного образования водных пробок, прерывающих равномерную подачу топлива к форсункам.

Еще одна важная характеристика — коксуемость топлива, способность образовывать твердый углеродистый осадок на деталях топливной системы при нагревании без доступа воздуха. Высокий показатель коксуемости нежелателен для котельных топлив, так как с ним связано повышенное отложение кокса возле устья форсунок, из-за чего искажается форма факела, ухудшается распыление топлива, оно сгорает не полностью.

Опыт «Газпром нефти»

Повышение глубины переработки нефти на НПЗ с соответственным сокращением объема производства нефти и увеличением выхода маржинальных продуктов — один из стратегических приоритетов » Газпром нефти«. Компания занимает лидирующие позиции как на рынке битумных материалов в целом, так и среди инновационных полимерно-битумных вяжущих в частности. Ежегодный объем продаж битумных материалов составляет порядка 1,75 млн тонн. Основные мощности «Газпром нефти» по производству битумов расположены в Москве, Омске, Ярославле, Рязани, а также в Сербии и Казахстане. Компания активно поддерживает внедрение инновационной составляющей в производство битумной продукции. В 2014 году на совместном предприятии «Газпромнефть-Тоталь ПМБ» на Московском НПЗ запущено производство полимерно-битумного вяжущего премиум-класса G-Way Styrelf. Этот ПБВ отличается повышенными эксплуатационными характеристиками. Они достигаются модификацией вещества на химическом уровне за счет введения специального реагента, позволяющего формировать устойчивую трехмерную пространственную структуру продукта. Как показали первые опыты эксплуатации такого ПБВ на экспериментальных участках автодорог, дорожное покрытие с применением современных вяжущих более устойчиво к образованию колеи и трещин, а также к воздействию высоких транспортных нагрузок.

Широк и ассортимент масел и смазок, которые производятся «Газпром нефтью». Компания занимает значительные рыночные ниши в индустриальном сегменте, выпускает судовые масла и все виды автомобильных масел и смазок. За несколько лет «Газпром нефти» удалось занять значительную нишу на российском рынке моторных масел, в том числе и в массовом сегменте масел для легковых автомобилей. Масла выпускаются под брендами «Газпром нефть» и G-Energy. Последний бренд относится к категории премиальных.

Игольчатый кокс — ценное сырье для производства графитированных электродов. Такие электроды способны выдерживать большие электрические токи и применяются в электродуговых печах для изготовления спецстали. Игольчатый кокс получают на установках замедленного коксования из тяжелых остатков различных процессов.

Последнее десятилетие потребление мазута в мире перманентно уменьшалось. Предполагается, что эта тенденция сохранится и дальше. Причина тому — высокое содержание вредных веществ в попадающих в атмосферу продуктах сжигания этого топлива и увеличение глубины переработки нефти.

* Зольность — массовая доля золы, содержание в процентах негорючего остатка, который создается при полном сгорании топлива.

** Температура вспышки — наименьшая температура, при которой пары над поверхностью жидкого нефтепродукта способны вспыхнуть при поднесении огня.

Битум: вчера, сегодня, завтра

Масла под брендом G-Energy — непременный участник большинства престижных мировых автогонок, в том числе и ралли-марафона «Дакар»

Битум — один из наиболее распространенных и древнейших строительных материалов. В эпоху неолита природный, образовавшийся естественным путем в местах выхода нефти на поверхность битум начали использовать для изготовления посуды раньше, чем глину. Для строительства его широко применяли в Древнем Шумере, на территории которого других строительных материалов было немного. Битум смешивали с песком и гравием и из этой массы изготавливали кирпичи. Также он использовался для гидроизоляции, при строительстве каналов, оросительных систем, дорог, как связующее вещество при создании мозаик.

Нефтяной битум — полутвердый или твердый продукт. Однако он представляет собой аморфное вещество. Это значит, что в твердом состоянии он не кристаллизуется, а при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, постепенно размягчаясь. Твердый битум ведет себя как очень густая жидкость. Это демонстрирует эксперимент, начатый в 1927 году в Университете Квинсленда (Австралия). Нагретый битум налили в стеклянную воронку с запечатанной трубкой. Через три года воронку распечатали, и битум начал медленно вытекать через трубку. Первая капля упала в 1938 году, вторая — в 1947-м. Эксперимент продолжается до сих пор, к настоящему моменту из воронки вытекло девять капель вещества.

Битумных озер — естественных источников битума на поверхности земли, которые имели бы промышленное значение, в мире осталось мало. Битумосодержащую породу сегодня добывают в карьерах и шахтах, при помощи скважин идет добыча сверхвязкой битуминозной нефти. Кроме того, битум получают из остаточных продуктов нефтепереработки: гудронов*, асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки масляных фракций и др.

Чтобы улучшить качество нефтяного битума, в гудроны и тяжелые остатки переработки мазута добавляют до 30% других продуктов. Без добавок вяжущие становятся хрупкими и теряют эластичность. Современные битумные материалы — полимерно-битумные вяжущие — производятся на основе обычных битумов с добавлением полимеров типа СБС (стирол-бута-диен-стирол) и пластификатора. По сравнению с традиционными продуктами они обладают повышенной сопротивляемостью к деформации, лучше себя ведут при высоких и низких температурах, более долговечны.

Сегодня область применения битума — дорожное строительство, производство кровельных, гидроизоляционных материалов, резиновая, лакокрасочная, кабельная промышленность. Дорожный битум служит вяжущим между каменными составляющими асфальтобетонной смеси — основного материала для строительства дорог.

* Гудрон — вязкая жидкость или твердый асфальтоподобный продукт черного цвета. Представляет собой остаток после отгонки из нефти фракций, выкипающих свыше 450°C. Используется для производства дорожных, кровельных и строительных битумов, малозольного кокса, смазочных масел, мазута, горючих газов.

Коэффициент трения

Смазочные масла уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между ними.

Продукты перегонки нефти впервые стали использовать как смазку в 70-х годах XIX века. Американец Джон Эллис, пытаясь найти нефти медицинское применение, обнаружил, что она обладает хорошими смазочными свойствами. Вскоре ему удалось произвести масло, которое было значительно более эффективным при высоких температурах, чем традиционно применяемые животные и растительные жиры.

Базовые масла бывают минеральными (очищенные продукты переработки нефти), синтетическими (их составляющие получены путем органического синтеза из более простых углеводородных соединений) и полусинтетическими (смеси первых и вторых). Минеральные масла получают из продуктов вакуумной перегонки мазута (фракции с температурой кипения 350—400°C, 400—450°C, 450—500°C) и деасфальтизации* гудрона жидким пропаном.

Синтетические масла появились значительно позже, чем минеральные. Их разработка началась в середине XX века для нужд авиации, а в 1970-х годах синтетику стали применять и для автомобильных моторов.

Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.

Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.

* Деасфальтизация — извлечение из остаточных продуктов дистилляции нефти растворенных в них смолисто-асфальтеновых веществ с помощью легких растворителей, таких как жидкий пропан или бутан.

… И прочие продукты

Из нефти также получают технический углерод (сажу), кокс. Сажа — это мелкие частицы углерода. Это продукт неполного сгорания или термического разложения (нагрева без доступа воздуха) углеводородного сырья — высокоароматизированных фракций нефти, природных и попутных газов. Технический углерод используют при производстве резины, пластмасс и некоторых сплавов, а также черных пигментов для полиграфической и лакокрасочной промышленности. Кокс, как и сажа, преимущественно состоит из углерода. Он применяется при выплавке алюминия, изготовлении химической аппаратуры, работающей в условиях агрессивных сред, в ракетной технике и других областях. Кокс получают из нефтяных остатков (гудронов, крекинг-остатков, тяжелых газойлей, остатков масляного производства и т. п.) с помощью коксования — разновидности процесса глубокого термического крекинга, при котором из тяжелых нефтяных остатков окончательно удаляются все легкие и относительно легкие фракции углеводородов.

Твердые газы — Справочник химика 21

    Растворы — гомогенные системы переменного состава, находящиеся в состоянии химического равновесия. Растворы представляют собой дисперсные системы, в которых частицы одного вещества равномерно распределены в другом. Дисперсные системы по характеру агрегатного состояния могут быть газообразными, жидкими и твердыми, а по степени дисперсности — взвесями, коллоидными и истинными растворами. Частицы взвесей обычно имеют размер порядка 1 мкм и более. Такие частицы сохраняют все свойства фазы. Поэтому взвеси следует рассматривать как гетерогенные системы. Характерным признаком взвесей служит их нестабильность во времени. Они расслаиваются, причем диспергированная фаза (т.е. вещество, распределенное в среде) выпадает в виде осадка или всплывает в зависимости от соотношения плотностей. Примерами взвесей могут служить туман (жидкость распределена в газе), дым (твердое — — газ), суспензии (твердое + жидкость), эмульсии (жидкость — — жидкость), пены (газ + жидкость). [c.146]









    В термодинамических таблицах приводят теплоемкости веществ в гипотетическом газовом состоянии, при 298 К и стандартном давлении, хотя при этих условиях вещество может существовать в виде жидкости или твердого газа, и возникает вопрос, как определена приводимая в таблицах величина С°р, 298. Например, при указанных условиях бензол является жидкостью, а нафталин — твердым телом, но их термодинамические функции приводят для состояния идеального газа (см. гл. XI). [c.52]

    Равновесие жидкость — твердое Равновесие газ — жидкость Равновесие твердое —газ Равновесие жидкость — жидкость Криоскопические и эбуллиоскопические константы Свойства гомогенных жидких растворов Плотность растворов Коэффициенты активности Энергетические свойства растворов Теплопроводность растворов [c.13]

    Если система однородна, т. е. в пределах ее не происходит каких-либо скачкообразных изменений свойств, и в то же время состоит из нескольких различных типов частиц, то она называется раствором. В широком смысле этого слова растворы могут иметь любое агрегатное состояние — газовое, жидкое или твердое. Газы могут смешиваться при не слишком высоких давлениях в любых соотношениях и независимо от их химической природы. Смешение происходит в результате свойственной всем макроскопическим системам тенденции к переходу в более хаотичное состояние. Этот вопрос подробнее рассматривается в следующей главе. Здесь отметим лишь, что так как межмолекулярные взаимодействия в газе невелики, этой тенденции ничто не противодействует, что и приводит к неограниченной смешиваемости газов. Существуют растворы и в твердом состоянии, например многие сплавы металлов, однако возможности их образования ограничены. Как нетрудно понять из предыдущего параграфа, твердый раствор может образоваться лишь, если два сорта молекул атомов или ионов могут заменять друг друга в элементарной ячейке кристалла. В дальнейшем в этом курсе речь будет идти только о жидких [c.120]

    Краевой угол 0 (рис. П.6), определяемый как угол между твердой поверхностью и касательной в точке соприкосновения трех фаз, является мерой смачивания и зависит от соотношения коэффициентов поверхностного натяжения на границах соприкасающихся фаз. Значение этого угла определяется условием механического равновесия сил поверхностного натяжения на границах фаз твердое—жидкость Оц, жидкость—газ Огз и твердое—газ ai3 i [c. 48]

    На результаты исследований (спектры), помещенные в приложении 1, в некоторой степени влияет и способ приготовления препарата, выбранный экспериментатором. Не вдаваясь в эту специальную область, следует лишь упомянуть, что солевой состав или металл можно изучать а) в расплавленном виде методом отражения (от поверхности расплава в тигле, см. рис. 1 в приложении I) или пропускания луча через расплав, находящийся в кассете с прозрачными окнами б) таким же способом, но в виде капель, удерживаемых на платиновой сетке в) растворенным в смеси солей, иногда эвтектической, чьи оптические свойства известны г) тем же способом, но в жидком органическом растворителе (сероуглероде, бензине, пиридине) и даже воде д) в виде взвеси порошка в жидкости е) в виде порошка, смешанного с порошком, обладающим известными и удобными оптическими свойствами (например полиэтиленом), и нанесенного на прозрачную пластину ж) в виде порошка, нанесенного на слой парафина з) в виде тонкого слоя, полученного путем испарения летучего растворителя и конденсации на прозрачной пластинке и) в виде тонкого порошка, зажатого между двумя прозрачными пластинками к) в матрице из твердого газа и т. д. [c.82]

    Известно, что при применении комбинированного топлива (твердое+газ) в первую очередь будут протекать реакции в гомогенных условиях, т. е. в газовой фазе (реакции 2—4), и только остаток кислорода пойдет на реакцию 1. [c.151]

    Адсорбционный слой на границе твердое — газ (как и на границе жидкость—газ) мономолекулярен. В терминах динамической трактовки исходные положения формулируются следующим образом  [c.151]

    Во всех случаях разделяемые вещества распределяются между двумя фазами 1) твердая — жидкая (сорбция, ионный обмен), 2) твердая —газ или пар (сорбция, возгонка), 3) жидкая—газ нли пар (дистилляция, сорбция), 4) жидкая—несмешивающаяся с ней жидкость (экстракция органическим растворителем). При этом устанавливается определенное соотношение концентраций элементов в той и другой фазах ( коэффициент распределения ). Разделение компонентов основано на различии этих коэффициентов Сщ  [c. 184]

    Твердое Газ и твердое вещество Жидкость и твердое вещество Твердое вещество н твердое вещество Растворы газов в твердых веществах Набухание Твердые растворы [c.140]

    Метод полезен при изучении термических превращений многофазных технологических продуктов, например, руд и концентратов, подвергаемых окислительному обжигу. Он позволил объяснить причины противоречий трактовки разными исследователями механизма окисления золото- и серебросодержащнх минеральных сульфидов, показав, что последовательность образования соединений, их устойчивость и направление протекающих реакций зависят не только от температуры, но и от содержания кислорода в газовой фазе на границе раздела твердое — газ (В. Н. Смагунов). Зафиксировано образование при окислении арсенопирита РеАзЗ нескольких модификаций арсенатов железа, выявлены условия существенного ухудшения механической структуры огарков, влияющей на последующее в1ыщелачивание из них золота и серебра, вследствие образования при обжиге жидких фаз (эвтектика пирротин Ре, ж8 — арсенат железа, система 5Ь28з—ЗЬгОз металлический свииец и др. ). Выявлены многочисленные продукты взаимодействия золота и серебра с рудными компонентами в процессе обжига. Именно высокотемпературная рентгенография дала возможность обнаружить в продуктах обжига более десяти соединений золота и серебра, образование которых ранее не фиксировалось. Такие сведения необходимы для оптимизации технологии переработки исходных концентратов. [c.203]

    При невысоких давлениях в системах твердое—газ  [c.41]

    Из всего многообразия растворов, которые классифицируют или по размерам частиц (взвеси, коллоидные растворы, истинные растворы), или по агрегатному состоянию растворителя и растворенного вещества (газ — газ, газ — жидкость, газ — твердое, жидкость — жидкость, жидкость — газ, жидкость — твердое, твердое — газ, твердое — жидкость, твердое — твердое), остановимся на рассмотрении жидких истинных растворов и характеристике их основных свойств. [c.122]

    Основы этой теории были рассмотрены на примере границы жидкость—газ (гл. VII). Другой путь базируется-на динамической трактовке. Исходное положение теории — адсорбционный слой на границе твердое—газ (как и на границе жидкость — газ) моно- [c.137]

    А. может происходить на любой пов-сти раздела между двумя любыми фазами, в частности на пов-сти раздела флюид-флюид (жидкость-газ, жидкость-жидкость) или твердое тело-флюид (твердое — газ, твердое-жидкость), В системах флюид-флюид можно измерить а как ф-цию 12 и экспериментально определить П по уравнению (3), Во втором случае для определения Ц измеряют любым методом и , и концентрации -того компонента [c.39]

    Барботажные аппараты предназначены для осуществления химических реакций и межфазных взаимодействий в системах газ— жидкость, газ— жидкость— твердое, газ—несмешивающиеся жидкости. Они широко применяются как газо-жидкостные химические реакторы и ферментаторы, флотаторы, а также в процессах физической абсорбции, жидкостной экстракции, смешения жидкостей, аэрации и озонирования воды.  [c.512]

    Метод карбонизационного упрочнения предусматривает твердение безобжиговых окатышей на основе вяжущей композиции типа твердое-газ (Авт. Классификация…). В этом методе связка (кальцит) образуется при взаимодействии гидрата оксида кальция и углекислого газа. [c.82]

    Взвешенный слой образуется в бинарных гетерогенных системах газ — твердое, газ — жидкость, жидкость — твердое и жидкость — жидкость (несмешивающиеся жидкости) при пропускании с определенными скоростями потока менее плотной фазы (газа или жидкости) снизу вверх через слой более плотной фазы (зернистого материала или жидкости). Взвешенный слой получают и в трехфазных системах, например при пропускании газа через суспензию мелких зерен в жидкости. [c.8]

    Этот естественный эффект зависимости устойчивости промежуточных фаз в системах твердое — газ от парциального давления газа почти исчезает в эксперименте при линейном нагреве даже при использовании всего набора держателей образца.  [c.36]

    Равновесие газ — жидкость Равновесие твердое — газ Равновесие жидкость — жидкость Криоскопические и эбуллиоскопические константы Свойства гомогенных жидких растворов Плотность растворов Коэффициенты активности Энергетические свойства растворов Теплопроводность растворов Электропроводность растворов и числа переноса Вязкость растворов Поверхностное натяжение растворов Показатели преломления растворов Электродные процессы [c.14]

    ТВЕРДОЕ + ТВЕРДОЕ ТВЕРДОЕ +ГАЗ [c.73]

    Твердое Газ Аэрозоли Механические примеси (пылинки) [c.165]

    Научное направление ХТТ связано с изучением химических превращений, происходящих в твердых телах, кинетики и механизма взаимодействия твердых компонентов, диффузионного массопереноса, особенностей окислительно-восстано-вительных процессов, топохимических реакций, механизма образования твердых растворов, протекания реакций на поверхности контакта твердое — газ и твердое — жидкое . Обсуждается воздействие дефектов на характер различных физико-химических превращений вещества. Указанное направление ХТТ исследует главным образом твердое тело, испытывающее изменение химической индивидуальности под воздействием температуры, давления, облучения и других внешних факторов, т. е. твердое тело, находящееся в неравновесных условиях. [c.5]

    Гидромеханический процесс осаждения твердых (или лшироко распространен в технике и используется для разделения различных двухфазных или многофазных систем (жидкость — твердое, газ — твердое, жидкость — жидкость, твердое — твердое, жидкость — газ — твердое и т. д.). Физические характеристики движения, например, твердых частиц в среде жидкости или газа зависят не только от реологических свойств системы, но и от многих других факторов, связанных главным образом с условиями обтекания (рис. 4-7), т. е. с теорией пограничного слоя, и с законом сопротивления. [c.115]

    Второй том содержит разделы, в которых рассматриваются взаимодействие и методы разделения фаз в системах жидкость — газ, жидкость — твердое, газ — твердое, газ — газ, жидкость — жидкость и твердое — твердое, а также вопросы автоматического контроля и регулирования технологических процессов.  [c.5]

    Системы жидкость — газ, жидкость — твердое, газ — твердое, газ — газ, жидкость — жидкость, твердое — твердое. Вопросам, связанным с теорией процессов в этих системах, а также проектированию массообменных аппаратов и оборудования, посвящены четыре главы. Здесь приведены справочные данные, необходимые для расчета и экономического сравнения различных конструкций колонн, фильтров, центрифуг, отстойников, смесителей и другого оборудования. Большое внимание уделено новым аппаратурным конструкциям. [c.6]

    Реакции в системе газ — твердое исследованы более подробно, особенно на катализаторах. В пористых катализаторах реагенты проникают вглубь, затем происходит химическая реакция и продукты реакции диффундируют в обратном направлении. Если диффузионное сопротивление мало по сравнению с хи.мическпм, внутренняя поверхность катализатора будет использована полностью. Это определяет значение фактора эффективности катализатора. Другим важным техническим процессом в системе твердое — газ является сжигание твердого вещества. В этом случае теоретическая обработка осложняется из-за уменьшения количества сжигаемого вещества и. следовательно, уменьшения размеров твердых частиц в ходе реакции. [c.358]

    Для потока газов и твердых веществ в горизонтальной трубе существует несколько типов течения в зависимости от плотности твердого вещества, отношения массовых расходов твердого вещества и газа, а также от скорости газа. При наличии твердого вещества с низкой плотностью или при малом соотношении твердое газ и высоких скоростях газа твердое вещество может полностью находиться во взвешенном состоянии и достаточно равномерно распределяться по поперечному сечению трубы. При малом соотношении твердое газ и низких скоростях газа твердое вещество может двигаться по дну трубы. При большом соотношении твердое газ и малых скоростях газа твердое вещество может оседать на дне трубы и образовывать наносы, прн этом частицы будут передвигаться от одного наноса к другому или, в зависимости от характера частиц, образовывать сгущения. Подробные сведения о типах потоков можно найти в литературе [c.163]

    В настоящее время не существует универсальных способов оценки минимальной скорости транспортирования для любых соотношений твердое газ в горизонтальных трубах. В литературе имеются данные для определения. скоростей транспортирования при малых соотношениях массовых расходов твердого вещества я газа (Минимальная скорость транспортирования при использовании воздуха в качестве транспортирующего газа определяется по уравнению проверенному на опытах с частицами размером [c.163]

    Прилипание твердой частицы к пузырьку воздуха — процесс самопроизвольный, идущий с уменьшением энергии Гиббса поверхности. Это уменьшение AG, отнесенное к 1 см вновь появившейся поверхности раздела твердое — газ (Т — Г), выракается уравнением  [c.325]

    Технические приемы замораживания основаны на применении холодильных машин, жидких или твердых газов, а также метода самоза-мораживания. В производстве применяется преимущественно предвсфи-тельное замораживание препаратов. Для этой цели может быть использовано оборудование, не связанное с холодильными установками (холодильные шкафы и камеры), или же смонтированное внутри сублимационных камер. [c.675]

    Использование сорбционной способности слоев сконденсированных твердых газов является весьма заманчивым для снижения предельного давления в системах с криогенными конденсационными насосами. Адсорбент такого типа имеет хорощий тепловой контакт с охлаждающей поверхностью. Количество адсорбента и время его включения в работу (напыления) определяются оператором. Наконец, регенерация адсорбента или его полное удаление из системы часто требуют лишь незначительного повышения температуры криоповерхности по сравнению с рабочей температурой, при которой происходила откачка. [c.78]

Страница не найдена |

Страница не найдена |

404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

3456789

17181920212223

24252627282930

31      

     12

     12

      1

3031     

     12

15161718192021

25262728293031

    123

45678910

     12

17181920212223

31      

2728293031  

      1

   1234

567891011

     12

891011121314

11121314151617

28293031   

   1234

     12

  12345

6789101112

567891011

12131415161718

19202122232425

3456789

17181920212223

24252627282930

  12345

13141516171819

20212223242526

2728293031  

15161718192021

22232425262728

2930     

Архивы

Фев

Мар

Апр

Май

Июн

Июл

Авг

Сен

Окт

Ноя

Дек

Метки

Настройки
для слабовидящих

Азот газообразный и жидкий — Щекиноазот

При нормальных условиях азот — это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде

Трудность преобразования N2 в другие соединения и легкость превращения соединений азота в элементарный N2 обуславливают важную роль азота и в природе, и хозяйственной деятельности человека.

Температура кипения — минус 195,8 0С

Температура плавления — минус 210,0 0С

В жидком состоянии – бесцветная, подвижная, как вода, жидкость.

Плотность жидкого азота 808 кг/м³. При контакте с воздухом поглощает из него кислород.

По физико-химическим показателям азот газообразный и жидкий соответствует нормам ГОСТ 9293-74

Производство

В промышленных масштабах азот получают низкотемпературной ректификацией жидкого воздуха

В химической лаборатории его получают путем обработки водного раствора хлорида аммония с нитритом натрия.

Nh5Cl (водный) + NaNO2 → N2 (г) + NaCl (водный) + 2h3O

Очень чистый азот может быть получен путем термического разложения азида бария или азида натрия.

2NaN3 → 2Na + 3N2

Сферы применения

Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению.

Газообразный азот используется для создания инертной атмосферы при производстве, хранении и транспортировании легко окисляемых продуктов, при высокотемпературных процессах обработки металлов, не взаимодействующих с азотом, для консервации замкнутых металлических сосудов и трубопроводов и других целей.

Кроме того, азот:

• Чистый азот используется в качестве пищевой добавки E941:добавка к консервированным сокам, защитный газ для упаковки мяса и мясных изделий, рыбы, хлебобулочной продукции, различных жиров, склонных к окислению продуктов.
• Используется в недорогих лампах накаливания в смеси с аргоном.
• Используется в некоторых топливных системах самолетов для снижения пожарной опасности.
• Азотом заполняют автомобильные и авиационные шины из-за его инертности, отсутствия влаги или окислительных свойств (такими характеристиками не может похвастать воздух).
• Жидкий азот популярен в качестве хладагента. Помимо всего прочего, он используется в криоконсервации крови, половых клеток, а также других биологических образцов и материалов. Он используется в клинической практике в криотерапии для удаления кисты и бородавок на коже.

Хранить азот следует при температуре 20°C в специальных герметичных баллонах во избежание утечки.

Безопасность

Быстрое выделение газообразного азота в замкнутом пространстве может вытеснить кислород, и, следовательно, существует угроза удушья. Симптомы «отравления» – сонливость, возникающая из-за гипоксии.

Если газ вдыхают при больших парциальных давлениях, то азот начинает действовать в качестве анестезирующего средства. Это может привести к азотному наркозу и временному легкому опьянению (аналогичным действием обладает закись азота – «веселящий газ»).

Азот растворяется в крови и жирах организма. Быстрая декомпрессия может привести к кессонной болезни, когда пузырьки азота образуются в крови, нервах, суставах и других чувствительных или важных областях. Пузырьки других «инертных» газов (за исключением углекислого газа) оказывают аналогичное воздействие, поэтому замена азота в дыхательных газах может предотвратить азотный наркоз, но не мешает развитию декомпрессионной болезни.

Прямой контакт кожи с жидким азотом вызывает серьезные обморожения (криогенные «ожоги»). Нахождение в природе

Азот является важным строительным блоком аминокислот и нуклеиновых кислот, необходимых для жизнедеятельности на Земле. Он составляет 78% атмосферного воздуха (кислород занимает лишь 21%, все остальное – другие газы).

Распад организмов и их отходов может производить небольшое количество нитрата, но большая часть азота в конечном итоге возвращается в атмосферу. Циркуляция азота из атмосферы к органическим соединениям, а затем обратно в атмосферу, называется азотным циклом.

Транспортирование

Жидкий азот – криогенная жидкость, которая условиях атмосферного давления кипит при -195,8 °C. Если его изолировать в специальные контейнеры (сосуд Дьюара), то транспортировка пройдет без потерь за счет испарения.

Обратите внимание на другие сферы деятельности ОХК»Щекиноазот»:

Просмотреть прайс-лист

Плотность газов и паров: таблица при различных температурах

Плотность газов и паров при нормальных условиях

В таблице приведена плотность газов и паров при нормальных условиях – температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). Для некоторых газов, например газа стибина, плотность дана при температуре 15°С и давлении 754 мм. рт. ст.

Значение плотности газов в таблице указано в размерности кг/м³ для следующих газов и паров: азот N₂, аммиак NH₃, аргон Ar, ацетилен C₂H₂, бор фтористый BF₃, бутан C₄H₁₀, водород: бромистый HBr, йодистый HI, мышьяковистый H₃As, селенистый H₂Se, сернистый H₂S, теллуристый H₂Te, фосфористый H₃P, хлористый HCl, воздух, гелий He, германия тетрагидрид GeH₄, диметиламин (CH₃)₂NH, дифтордихлорметан CF₂Cl₂, дициан C₂N₂, закись азота N₂O, кислород O₂, кремний фтористый SiF₄, гексагидрид Si₂H₆, тетрагидрид SiH₄, криптон Kr, ксенон Xe, метан CH₄, метиленхлорид CH₃Cl, метиламин CH₅N, метиловый эфир C₂H₆O, метилфторид CH₃F, метилхлорид CH₃Cl, мышьяк фтористый AsF₅, неон Ne, нитрозил фтористый NOF и хлористый NOCl, озон O₃, окись азота NO, пропан C₃H₈, пропилен C₃H₆, радон Rn, двуокись серы SO₂ и гексафторид серы SF₂, силан диметил SiH₂(CH₃)₂, метил SiH₃CH₃, хлористый SIH₃Cl, трифтористый SiHF₃, стибин SbH₃, сульфурил фтористый SO₂F₂, триметиламин (CH₃)₃N, триметилбор (CH₃)₃B, двуокись углерода CO₂, окись углерода CO, сероокись COS, фосфор фтористый PF₂, оксифторид POF₃, пентафторид PF₅, фтор F₂, фторокись азота NO₂, двуокись хлора ClO₂, окись хлора Cl₂O, хлорокись азота NO₂Cl, этан C₂H₆, этилен C₂H₄, окись азота NO.

Плотность газов вычисляется, как отношение молярной массы газа к его молярному объему, который при 0°С и давлении 1 атм. равен 22,4 л/моль.

Следует отметить, что самым легким газом является водород — плотность этого газа при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м³. Для удобства восприятия плотность газов приводят именно к плотности водорода, используя при этом относительную плотность по водороду. Например, относительная плотность газа азота N2 по водороду равна 13,9.

Наибольшую плотность имеет газ радон.  Этот радиоактивный газ имеет плотность при нормальных условиях 9,73 кг/м³, а его относительная плотность по водороду составляет величину 108,2.

Необходимо отметить, что при увеличении давления газов и паров, их плотность увеличивается пропорционально.

Примечание: Для газов и паров, рядом со значением плотности которых, присутствует символ *, ее величина в таблице приведена при температуре 20°С.

Из анализа данных, представленных в таблице, видно, что плотность рассмотренных газов находится в диапазоне от 0,089 до 9,73 кг/м³.

Плотность газов в жидком и твердом состояниях при различных температурах

Значения плотности газов и паров в жидком и твердом состояниях приведены в таблице в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Величина плотности газов указана в основном при низких температурах (в интервале от -268 до 20°С), при которых они находятся в жидком, или твердом состояниях.

При низких температурах плотность некоторых газов сравнима с плотностью металлов. К плотным (тяжелым) газам в жидком состоянии можно отнести такие газы, как этилен, криптон (плотность 2371 кг/м³) и ксенон (плотность 3060 кг/м³). Например, плотность газа этилена при температуре -102°С имеет значение 5566 кг/м³, что почти в полтора раза больше плотности алюминия. При этом этилен находится в жидком состоянии.

Газы в твердом состоянии имеют плотность немногим больше, чем в жидком. Твердое состояние газа достигается при более низкой температуре.
Например, углекислый газ находится в виде жидкости при температуре -60°С (при атмосферном давлении), но уже при -79°С становиться твердым и имеет плотность 1530 кг/м³.

Плотность газов в таблице дана в т/м³и приведена для следующих газов: азот N₂, окись азота NO, аммиак NH₃, аргон Ar, ацетилен C₂H₂, водород: сернистый H₂S, фосфористый H₃P, фтористый HF, хлористый HCl, воздух, гелий He, криптон Kr, ксенон Xe, кислород O₂, метан CH₄, метилхлорид CH₃Cl, неон Ne, озон O3, сера двуокись SO₂, углерод: двуокись CO₂, окись CO, фтор F₂, хлор Cl₂, этан C₂H₆, этилен C₂H₄.

Источник:
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.

Газы, жидкости и твердые вещества

Газы, жидкости и твердые вещества

Газы, жидкости и твердые вещества

Газы, жидкости и твердые тела состоят из атомов, молекул и/или
ионы, но поведение этих частиц различается в трех фазах.
На следующем рисунке показаны микроскопические различия.

Обратите внимание, что:

• Частиц в:
• газ хорошо разделены без регулярного расположения.
• жидкости расположены близко друг к другу без регулярного расположения.
• твердые тела плотно упакованы, обычно в правильном порядке.
• Частиц в:
• газ вибрирует и свободно перемещается на высоких скоростях.
• жидкости вибрируют, перемещаются и скользят друг мимо друга.
• твердые вибрируют (покачиваются), но обычно не перемещаются с места на место.

Жидкости и твердые вещества часто называют конденсированными фазами
потому что частицы очень близко друг к другу.

В следующей таблице приведены свойства газов, жидкостей и твердых тел.
и определяет микроскопическое поведение, ответственное за каждое свойство.

Состояние вещества | Химическое приборостроение

Состояние вещества
Q1. Что такое материя?
Q2. Почему вещество твердое, жидкое или газообразное?
Q3. Как классифицируется твердое тело?
Q4. Что такое кристаллическое твердое тело?

Q1. Что такое материя’? Существуют ли разные виды «материи»?

А1. Материя — это все, что имеет массу и в некоторой степени форму. Существует три основных вида материи, которые часто называют тремя состояниями материи , и все мы сталкиваемся с ними в нашей повседневной жизни. Это:

1.Газообразный: 90 111  воздух, которым мы дышим, и нам приятно дунуть на него, является одним из примеров газообразного состояния. Это состояние вещества можно отличить по низкой плотности и вязкости, сильному расширению и сжатию при изменении давления и температуры, способности легко диффундировать; и спонтанная тенденция к равномерному распределению по любому контейнеру. Воздух, которым мы дышим, состоит из газообразных состояний многих элементов, из которых наш организм улавливает только кислород.

2.Жидкость:  кола, кофе, чай, медведь и вода — все это примеры жидких состояний. Это состояние является конденсированным состоянием по сравнению с газообразным, поскольку молекулы/атомы притягиваются друг к другу; силы притяжения сравнительно сильнее, чем в газообразном состоянии. Жидкости более вязкие, чем газы, потому что они более густые и более устойчивые к течению. Жидкости занимают определенный объем и плохо сжимаются.

3. Solid:  мы все живем на твердой земле! В твердом состоянии молекулы/атомы/частицы плотно упакованы и удерживаются вместе очень сильными силами.Молекулы не могут свободно двигаться, однако они могут колебаться в своих фиксированных положениях. Таким образом, твердые тела имеют устойчивую и определенную форму. В зависимости от того, как атомы/молекулы расположены в твердом теле, твердое состояние можно далее разделить на два состояния:

              (a) Кристаллическое твердое состояние: демонстрируют фиксированный дальний порядок периодического расположения атомов/молекул во всех трех измерениях. . Среди типичных примеров — каменная соль, сахар, металлические ключи и т. д.

              (b) Аморфное твердое тело: отсутствие или ближний порядок периодического расположения атомов/молекул во всех трех измерениях.Типичными примерами являются оконное стекло, сладкая вата и т. д.

Помимо трех вышеперечисленных состояний вещества есть еще два Менее встречающиеся состояния вещества, а именно:

4. Плазма:  Вещество состоит из атомов/ Молекулы в условиях стандартного давления и температуры (СТП) имеют электроны, вращающиеся вокруг ядра атома. Если температура достаточно высока, электроны в валентной оболочке приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы покинуть атом.В этом состоянии электроны больше не связаны орбитами вокруг ядра. Это состояние, в котором газ становится совокупностью отрицательно заряженных электронов, избежавших притяжения ядра, и положительно заряженных ионов, потерявших один или несколько электронов, известно как состояние плазмы.

5. Жидкие кристаллы:  они не являются ни жидкими, ни твердыми. Они текут подобно жидкости, однако имеют некоторые свойства, сходные со свойствами кристаллических тел. Примером их применения является ЖК-телевизор с плоским экраном или монитор ноутбука/компьютера, мобильные телефоны, часы, калькуляторы, дисплеи банкоматов и т. д.

Q2. Как вещество переходит в твердое, жидкое или газообразное состояние?

А2. Всякий раз, когда соединяются два атома элемента (одинаковые или разные), образующаяся молекула имеет возможность существовать в любом из трех состояний вещества в условиях стандартного давления и температуры. Фактор, который контролирует и определяет состояние, зависит от межмолекулярных сил (IMF), которые удерживают два атома/молекулы вместе, когда данная молекула присутствует в большом количестве.В целом, за некоторыми исключениями, тенденция такова, что более слабое ММП приводит к образованию газообразного состояния, умеренно сильное ММП приводит к образованию жидкого состояния, однако очень сильное ММП приводит к твердому состоянию вещества для полученной молекулы.

Q3. Как классифицируется твердое состояние вещества по типу межмолекулярных сил между атомами/молекулами?

А3. Обратитесь к следующей таблице для классификации твердого состояния на основе типа межмолекулярных сил (МВФ):

6

6

9

Тип
Молекулярные	лондонская дисперсия диполь-диполь водородная связь			мягкий, температура плавления низкая, плохая тепло- и электропроводность. Примеры: Ar, CH 4 , сахароза, сухой лед (CO 2 ).
ковалентные	ковалентные связи			очень твердые, с высокой температурой плавления, переменной тепло- и электропроводностью. примеры: алмаз, кварц
ионный	электростатическое притяжение			твердый и хрупкий, высокая температура плавления, плохая тепло- и электропроводность. Примеры:  типичные соли
металлические	атомы			от мягких до очень твердых, с температурой плавления от низкой до очень высокой, с отличной тепло- и электропроводностью, ковкостью примеры: золото, серебро, медь и т.д. Что такое кристаллическое твердое тело? Как кристаллизуется материя? Как твердое тело образует монокристаллы и поликристаллы? А4. Кристаллическое твердое тело – это любое твердое тело, в котором атомы, ионы или молекулы упорядочены в четко определенные трехмерные структуры. Кристаллические твердые тела обычно имеют плоские блестящие поверхности или грани, образующие определенные углы друг с другом. Упорядоченное расположение атомов, ионов или молекул, образующих эти грани, также приводит к тому, что твердые тела имеют очень правильную форму. Кварц и алмаз являются двумя распространенными кристаллическими твердыми телами. Любое соединение, затвердевающее в виде кристаллического твердого вещества, встречается в природе в виде поликристаллического твердого вещества и редко в виде монокристалла.Атомы, ионы или молекулы сначала образуют поликристаллическое твердое тело, которое затем растет, образуя монокристалл. Для образования поликристаллического твердого тела должно быть достаточное количество атомов, находящихся в непосредственной близости друг от друга, которые при затвердевании образуют конгломерат, ведущий к образованию поликристаллов. Однако, если это затвердевание и конгломерация происходят в химической системе, которая содержит избыток одного атома/молекулы, образующиеся поликристаллы действуют как «затравки», над которыми большее количество атомов/молекул связывается вместе, увеличивая размер и образуя более крупный монокристалл. .   Следующий раздел >> Основы рентгеновской дифракции твердые | Определения и факты твердое тело , одно из трех основных состояний материи, остальные – жидкое и газообразное. (Иногда плазму или ионизированный газ считают четвертым состоянием вещества.) Твердое тело образуется из жидкости или газа, потому что энергия атомов уменьшается, когда атомы принимают относительно упорядоченную трехмерную структуру. Твердые тела обладают определенными характеристиками, отличающими их от жидкостей и газов.Все твердые тела обладают, например, способностью сопротивляться силам, приложенным либо перпендикулярно, либо параллельно поверхности (т. е. нормальным или сдвиговым нагрузкам соответственно). Такие свойства зависят от свойств атомов, образующих твердое тело, от того, как эти атомы расположены, и от сил между ними. Викторина Британника Наука: правда или вымысел? Вас увлекает физика? Устали от геологии? С помощью этих вопросов отделите научный факт от вымысла. Твердые тела обычно делятся на три широких класса: кристаллические, некристаллические (аморфные) и квазикристаллические. Кристаллические твердые тела имеют очень высокую степень порядка в периодическом расположении атомов. К этому классу относятся практически все металлы и многие другие минералы, например поваренная соль (хлорид натрия). Некристаллические твердые тела — это те, в которых атомы и молекулы не организованы в определенную структуру решетки. К ним относятся очки, пластмассы и гели.Квазикристаллические твердые тела демонстрируют новую симметрию, в которой атомы расположены квазипериодически, т. е. в узорах, которые не повторяются через равные промежутки времени. Они проявляют симметрии, такие как пятикратная симметрия, которые запрещены в обычных кристаллах. Квазикристаллические структуры распространены в сплавах, в которых алюминий сочетается с другим металлом, таким как железо, кобальт или никель. Некоторые молекулы могут существовать в жидкокристаллическом состоянии, промежуточном между кристаллическим твердым и жидким состояниями. Жидкие кристаллы текут подобно жидкостям, но в определенной степени обладают симметрией, характерной для кристаллических твердых тел. В кристаллических твердых телах встречаются четыре основных типа атомных связей: металлическая, ионная, ковалентная и молекулярная. Металлы и их сплавы характеризуются в основном высокой электропроводностью и теплопроводностью, возникающими за счет миграции свободных электронов; свободные электроны также влияют на то, как атомы связаны. Ионные кристаллы представляют собой агрегаты заряженных ионов. Эти соли обычно обладают ионной проводимостью, которая увеличивается с температурой.Ковалентные кристаллы представляют собой твердые, часто хрупкие материалы, такие как алмаз, кремний и карбид кремния. В более простых одноатомных типах (например, в алмазе) каждый атом окружен числом атомов, равным его валентности. Молекулярные кристаллы — вещества, имеющие относительно слабую межмолекулярную связь, например сухой лед (затвердевший углекислый газ), твердые формы благородных газов (например, аргон, криптон, ксенон), кристаллы многих органических соединений. Различные сплавы, соли, ковалентные кристаллы и молекулярные кристаллы, которые являются хорошими электрическими изоляторами при низких температурах, становятся проводниками при повышенных температурах, причем проводимость быстро увеличивается с температурой.Материалы этого типа называются полупроводниками. Их электропроводность обычно ниже, чем у таких металлов, как медь, серебро или алюминий. Фазы материи Вся материя состоит из атомов с конфигурацией атома, число протонов, нейтронов и электронов, определяющее вид присутствующая материя (кислород, свинец, серебро, неон…). Каждое вещество имеет уникальное количество протонов, нейтронов и электронов. Кислород, например, имеет 8 протонов, 8 нейтронов и 8 электронов.Отдельные атомы могут соединяться с другими атомами, образуя молекулы. Молекулы воды содержат два атома водорода H и один атом кислорода O и химически называется h3O . Кислород и азот, который является основным компонентом воздуха, встречаются в природе как двухатомных (двухатомных) молекул. Независимо от типа молекулы вещество обычно существует либо в виде твердого тела , либо в виде жидкости, либо в виде газа . Мы называем это свойство материи фазой материи.Три нормальные фазы материи обладают уникальными характеристиками, перечисленными на горка. сплошной В твердой фазе молекулы тесно связаны друг с другом молекулярными силами. Твердое тело сохраняет свою форму и объем твердого тела определяется его формой. Жидкость В жидкой фазе молекулярные силы слабее, чем в твердом.жидкость примет форму своего сосуда со свободной поверхностью в гравитационном поле. В условиях микрогравитации жидкость образует шар внутри свободной поверхности. Несмотря ни на что силы тяжести, жидкость имеет фиксированный объем. Газ В газовой фазе молекулярная силы очень слабые. Газ заполняет свой сосуд, забирая оба форма и объем сосуда. Жидкости (жидкости и газы) Жидкости и газы называются , жидкости , потому что их можно заставить течь или двигаться. В любой жидкости сами молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении, сталкиваясь с друг с другом и со стенками любой емкости. Описано движение жидкостей и реакция на внешние силы. посредством Уравнения Навье-Стокса, которые выражают сохранение масса, импульс и энергия. Движение твердых тел и реакция на внешние силы описываются уравнением Законы движения Ньютона. Любое вещество может находиться в любой фазе.Под стандартные атмосферные условия, вода существует в жидком состоянии. Но если мы понизим температура ниже 0 градусов по Цельсию или 32 градусов по Фаренгейту вода меняет свою превратится в твердое тело, называемое льдом. Точно так же, если мы нагревать объем воды выше 100 градусов по Цельсию или 212 градусов по Фаренгейту, вода меняет свою фазу на газ, называемый водяным паром. Изменения фазы материи составляют физических изменений , а не химические изменения. Молекула водяного пара имеет такое же химическое состав, h3O , как молекула жидкой воды или молекула льда. При изучении газы, мы можем исследовать движения и взаимодействия отдельных молекул, или мы можем исследовать крупномасштабное действие газа в целом. Ученые ссылаются на крупномасштабное движение газ как макромасштаб и отдельные молекулярные движения как микромасштаб . Некоторые явления легче понять и объяснить на основе макромасштаба, в то время как другие явление легче объяснить на микроуровне.Масштаб макроса исследования основаны на вещах, которые мы можем легко наблюдать и измерить. Но микромасштабные исследования основаны скорее на простые теории, потому что на самом деле мы не можем наблюдать движение отдельной молекулы газа. Макромасштаб и микро масштабные исследования — это всего лишь два взгляда на одно и то же. Плазма — «четвертая фаза» Три нормальные фазы материи, перечисленные на слайде, были известны в течение многих лет и учился на уроках физики и химии.В последнее время мы начали изучаемый материал при очень высоких температурах и давлениях, которые обычно происходят на Солнце или при входе в атмосферу из космоса. В этих условиях сами атомы начинают распадаться; электроны отрываются от их орбита вокруг ядра оставляет положительно заряженный ион позади. Образовавшаяся смесь нейтральных атомов, свободных электронов и заряженных ионов называется плазмой . Плазма обладает некоторыми уникальными свойствами, которые заставляет ученых называть его «четвертой фазой» материи.Плазма жидкость, похожая на жидкость или газ, но из-за присутствующих заряженных частиц в плазме он реагирует и генерирует электромагнитные силы. Там гидродинамические уравнения, называемые уравнениями Больцмана, которые включают электромагнитные силы с нормальными жидкостными силами Навье-Стокса уравнения. НАСА в настоящее время проводит исследования по использованию плазмы. для ионного двигателя. Экскурсии с гидом Газовая статика: Деятельность: Связанные сайты: Rocket Index Rocket Home Руководство для начинающих Home Химия: состояния вещества: твердые тела, жидкости, газы и плазма Введение Земля , жидкость и газ. Состояние определяет физическое свойство материи. Определяющие характеристики, определяющие состояние, включают количество и химический состав молекул, а также то, как определенная их совокупность представлена ​​такими физическими свойствами, как их совокупный объем и форма, их реакция на температуру и их реакция на давление. Твердое состояние вещества характеризуется фиксированной формой, которая зависит от количества и характеристик конкретных атомов и молекул, составляющих твердое тело.Твердое состояние сопротивляется изменению формы из-за внешнего давления. В очень небольшой степени по сравнению с другими состояниями плотность (масса/объем) твердых тел зависит от температуры. Твердые тела могут быть кристаллическими, что означает, что они имеют очень упорядоченную структуру частиц, составляющих твердое тело, или твердое тело может быть аморфным и не иметь симметрии в расположении частиц, составляющих твердое тело. В жидком состоянии вещество будет течь, принимая форму любого сосуда. Плотность жидкостей в значительной степени зависит от температуры, но замкнутые жидкости сопротивляются изменению из-за давления.Газообразное состояние также принимает форму контейнера, но отличается от жидкостей тем, что оно расширяется, чтобы заполнить любой контейнер, так что, если размер контейнера увеличивается, газ будет расширяться, чтобы заполнить его. Температура, давление и количество молекул являются важными параметрами для определения объема газа. Разные газы всегда полностью смешиваемы (смешиваемы), но разные жидкости не всегда смешиваемы. Термин фаза используется в определенных контекстах, а не состояние для описания физических свойств материи.Фаза — это более ограничительный термин, который обычно используется в научных исследованиях, но не часто используется в обычных разговорах. Чем фаза отличается от состояния, лучше всего понять при описании жидких смесей, таких как масло и вода. Каждая физически и химически различная и отделимая жидкость представляет собой отдельную фазу. Отдельные сущности, как и смесь, находятся в жидком состоянии. Плазмой называют четвертое состояние вещества. На поверхности Земли это необычно, но 90% материи в космосе находится в состоянии плазмы.Природная плазма действительно составляет ионосферу, слой заряженных частиц с низкой плотностью в верхних слоях атмосферы Земли. Состояние плазмы похоже на газообразное состояние, за исключением того, что оно не содержит атомов и молекул. Вместо этого плазма состоит из субатомных частиц, таких как отрицательно заряженные электроны и положительные ионы. Историческая справка и научные основы Термины «твердый» и «жидкий» являются английскими версиями латинских слов для этих терминов. Термин «газ» имеет свою историю.Его можно проследить до эпохи Возрождения (1400–1650), когда Ян Баптист ван Гельмонт (1579–1644) дал название газ тому, что сейчас известно как углекислый газ. До этого времени газы назывались воздухами, духами или парами. Исследования газов стали важной частью эволюции современной химии. Законы идеального газа, которые сегодня используются химиками, возникли в результате серии исследований, последовавших за знаменитой работой ван Гельмонта. Британский ученый Роберт Бойль (1627–1691) экспериментировал с газами и опубликовал свои наблюдения в 1660 году в трактате под названием «Весна воздуха». Бойль заметил, что произведение давления газа на объем газа остается постоянным при постоянной температуре для любого захваченного газа. Этот факт теперь называется законом Бойля. Увлечение газами в целом и недавно открытым газообразным водородом, который легче воздуха, в частности, побудило французского химика Жака Шарля (1746–1823) признать в 1787 г., что объем фиксированного веса газа прямо пропорционален до его температуры при постоянном давлении. Известный сегодня как закон Чарльза, это второй из газовых законов. Другой французский ученый, Жозеф Луи Гей-Люссак (1778–1850), экспериментировал с реакциями определенных газов и обнаружил, что они всегда реагируют в объемных отношениях небольших целых чисел. Он объявил о своем открытии в 1808 году. Открытие Гей-Люссака теперь известно как закон объединения объемов. Открытие Гей-Люссака не относится к законам идеального газа, но оно было частью предпосылок, которые побудили итальянского физика Амадео Авагадро (1776–1856) в 1811 году предположить, что объемы газов определяются числом молекул газ присутствует.Гипотеза Авогадро была также вдохновлена ​​идеями британского ученого Джона Дальтона (1766–1844), продвигающими теорию атомов и молекул, которые были опубликованы в 1808 году. Главный вклад Авогадро заключался в том, что он признал, что именно количество молекул, а не атомов, определяет объем газа при данных температуре и давлении. Молекулы состоят из атомов. Количество атомов в молекуле зависит от природы конкретной молекулы. Кислород имеет два атома в молекуле.У водяного пара их три, а у метана, обычно встречающегося в разлагающихся материалах, — четыре. Объединяя все отдельные вклады, законы идеального газа гласят, что давление, умноженное на объем газа, будет равно числу молекул, умноженному на температуру, с умножением на константу, чтобы связать различные единицы измерения, используемые в измерениях. Математически это выражается следующим образом: PV = нРТ, , где n — число молекул, а R — константа. Твердые и жидкие тела представляют собой конденсированные состояния материи. Физики проводят исследования конденсированных сред, особенно на атомном и молекулярном уровне. Физика конденсированного состояния также известна как физика твердого тела. Жидкости включены в изучение физики твердого тела под заголовком «Мягкая конденсированная материя». Интерес к твердым кристаллическим телам был задокументирован еще в доисторические времена в коллекциях природных кристаллов, в которых были сделаны отверстия и гравировки. Древние греки также изучали кристаллы. Структура кристаллов была открыта случайно французским монахом Рене-Жюстом Гаюи (1743–1822), когда он уронил тонкий кристалл кальцита из коллекции кристаллов казначея Франции. Изучив предметы, Хаюи отметил постоянную правильную и повторяющуюся форму всех предметов. В 1817 году он опубликовал историю этого открытия и свою более позднюю работу над кристаллами в ряде книг, в том числе Traité de Cristallographie (Трактат о кристаллографии). Работа Хаюи считается началом важной науки кристаллографии, которая привела к большим достижениям в понимании химической структуры кристаллических твердых тел. Когда были открыты рентгеновские лучи, изучение кристаллов расширилось. Немецкий физик Макс фон Лауэ (1879–1960) получил Нобелевскую премию в 1914 г., а группа отцов британских физиков сэра Уильяма Генри Брэгга (1862–1942) и Уильяма Лоуренса Брэгга (1890–1971) получила Нобелевскую премию в 1915 г. вклад в рентгеновскую кристаллографию.Благодаря успехам в этих ранних исследованиях изучение кристаллических молекул предоставило информацию о структуре очень многих соединений, включающих белки и полимеры. Аналогов «Эврика!» нет. момент, связанный с историей жидкого состояния вещества. Однако текучесть и растворяющие свойства жидкостей имели большое значение для развития всех наук, таких как науки о жизни, физика и химия. Наука Примерно в то же время, когда Авогадро излагал свою гипотезу, а Джон Дальтон продвигал теорию атомов и молекул, британский ботаник Роберт Браун (1773–1858) наблюдал в свой микроскоп беспорядочные и непрерывные движения взвешенные в воде пыльцевые зерна. Это наблюдение в 1827 году стало известно как броуновское движение. Браун не пытался объяснить это движение, но в 1905 году немецко-американский физик Альберт Эйнштейн (1879–1955) предположил, что это движение является результатом случайного теплового движения молекул жидкости. Работа Эйнштейна и исследования, которые привели к созданию законов идеального газа, привели к кинетической молекулярной теории, которая объясняет состояния материи и изменения состояния. Газы описываются как состоящие из беспорядочно движущихся молекул с абсолютно упругими столкновениями, когда они отскакивают от стенок своего ограничивающего контейнера.В жидкостях молекулы имеют одинаково беспорядочные движения, но молекулы кувыркаются и взаимодействуют в непосредственной близости друг от друга, поэтому они текут, чтобы заполнить сосуд. Вязкость жидкости зависит от типа молекул и их взаимодействия, а также от температуры жидкости. Твердые тела имеют случайные тепловые колебания, степень которых зависит от природы молекул и температуры твердого тела. Молекулы твердых тел колеблются на месте. Они не перемещаются в пространстве, как молекулы жидкости; вот почему твердое тело имеет фиксированную форму. Изменение состояния включает добавление (или вычитание) тепла для изменения степени движения молекул, то есть для изменения температуры. Начиная с твердого тела, которое является чистым веществом, добавление тепла увеличивает колебания молекул. При температуре плавления добавление тепла больше не делает твердое тело теплее, а наоборот, тепло вызывает разрыв связей между молекулами. Когда было добавлено достаточно тепла, чтобы разрушить все межмолекулярные связи, твердое тело плавится и становится жидкостью.Количество тепла, необходимое для плавления чистого твердого вещества, называется теплотой плавления этого твердого тела. Аналогичное увеличение движения и повышение температуры происходит по мере того, как жидкость нагревается до тех пор, пока молекулы жидкости не достигнут температуры, при которой энергия, поглощенная молекулами, увеличила их скорость до такой степени, что молекулы могут избежать слабой связи, удерживающей их близко друг к другу. жидкость. В точке испарения температура снова не повышается, потому что вся добавленная энергия используется для того, чтобы заставить молекулы покинуть поверхность жидкости, пока жидкость полностью не превратится в газ.Как только газ, добавление тепла снова увеличивает температуру. Теплота, необходимая для превращения чистой жидкости в газ, называется теплотой парообразования. При очень высоких температурах, таких как молния или солнце, молекулы газа превращаются в атомы, а атомы превращаются в субатомные частицы, имеющие положительный и отрицательный заряд. В этот момент газ стал плазмой. Влияние на науку и общество Газообразное, жидкое и твердое состояния вещества сыграли важную роль в развитии современной химии и физики.Начиная с экспериментов Роберта Бойля с газами, которые привели к его публикации трактата The Spring of the Air в 1660 году, исследования газов значительно повлияли на развитие современных теорий химических элементов, атомов и молекул. Британский ученый Джозеф Пристли (1733–1804) сделал ключевое открытие, выделив кислород, газ, который он назвал дефлогистированным воздухом, в соответствии с тогдашней теорией о том, что загадочное вещество, называемое флогистоном, присутствует во всех веществах.Путаницу в отношении того, что именно открыл Пристли, разрешил французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794), который назвал газ кислородом и назвал его элементом, который, по его определению, является уникальным химическим веществом. Пристли не согласился с Лавуазье. Существующая концепция элементов была очень ограниченной, но Лавуазье завоевал популярность среди ученых, и открытие новых элементов ускорилось. Газы также фигурировали в развитии теории о том, что материя состоит из атомов и молекул.Хотя эта теория не получила широкого признания в то время, когда Дальтон и Авогадро продвигали свои идеи, она набирала обороты с ростом популярности идей Лавуазье. К сожалению, его карьера лидера в развитии современной химии внезапно оборвалась. Лавуазье был не только химиком, но и богатым человеком. Аристократический статус его семьи стал причиной его смерти на гильотине во время Французской революции (1789–1799). Жидкости сыграли свою роль в продвижении концепции о том, что материя состоит из атомов, с наблюдением Робертом Брауном в 1827 году пыльцевых зерен, движущихся в жидкости, хотя это влияние проявлялось медленно.Несмотря на то, что собирались доказательства в поддержку существования атомов и молекул, эти концепции не были общепринятыми до тех пор, пока Эйнштейн не предположил, что движение молекул жидкости вызывает броуновское движение. Когда Эйнштейн представил свои идеи в 1905 году, теоретическая физика не была хорошо организованной наукой. Исследования Эйнштейна привлекли других ведущих ученых к развитию теории атомов и молекул, а также физики. Твердое тело оказало особое влияние благодаря вкладу Эйнштейна и достижениям в физике, которые привели к развитию атомной энергии.Разработка атомной бомбы и применение ядерной энергии охватываются научной дисциплиной, которая сейчас называется физикой твердого тела. Modern Cultural Connections Австрийский ботаник Фридрих Рейницер (1857–1927) обнаружил твердое кристаллическое вещество на основе холестерина, которое не плавилось сразу, как ожидается, что плавится чистое твердое вещество. Оказалось, что вещество имеет две температуры плавления. При 229°F (145°C) кристаллы плавились до мутной жидкости. При дальнейшем нагревании до 288°F (178°С) вещество превращалось в прозрачную жидкость.Рейницер спросил немецкого физика Отто Лемана (1855–1922), эксперта в области кристаллооптики, может ли он помочь объяснить необычное плавление кристаллов на основе холестерина. Леманн определил, что облачная фаза представляет собой новое состояние вещества, которое он назвал жидкими кристаллами. Исследователи после открытия жидких кристаллов на основе холестерина обнаружили, что другие вещества, часто молекулы в форме стержней, также образуют жидкие кристаллы. Любопытное новое состояние материи было исследовано в 1960-х годах французским физиком Пьером-Жилем де Женом (1932–2007). В 1991 году он получил Нобелевскую премию за вклад в науку о жидких кристаллах. Сегодня жидкие кристаллы используются в электронных информационных дисплеях для всего: от сотовых телефонов до плоских дисплеев для компьютеров и телевизоров. Эти жидкокристаллические дисплеи обычно называют ЖК-дисплеями. Разработка этих приложений для жидких кристаллов стала возможной благодаря работе де Жена. Конкуренцию жидкокристаллическим дисплеям для телевизоров составляют плазменные дисплеи, в которых используются газы ксенон и неон, заключенные в крошечные ячейки, в которых газы преобразуются в плазму за счет подачи высокого напряжения на электроды, прикрепленные к ячейкам.Преимущество плазменных дисплеев в том, что они имеют более широкий угол обзора, чем у жидкокристаллических дисплеев. Искусственная плазма также используется в флуоресцентном освещении и неоновых вывесках. Ученые работают над плазменными реакторами, которые когда-нибудь смогут производить энергию в очень больших масштабах, используя тот же процесс синтеза, который используется на Солнце. См. также Химия: химические связи; Химия: химические реакции и сохранение массы и энергии; Физика: фундаментальные силы и синтез теории; Физика: уравнения Максвелла, свет и электромагнитный спектр; Физика: Ньютоновская физика. библиография Книги Мур, Ф. Дж. История химии. Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Company, Inc., 1939. Мур, Уолтер Дж. Физическая химия. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1979. Моррис, Ричард. Последние чародеи: путь от алхимии к таблице Менделеева. Вашингтон, округ Колумбия: Джозеф Генри Пресс, 2003. Табор, Д. Газы, жидкости и твердые тела. Балтимор, Мэриленд: Penguin Books, Inc.1969. Веб-сайты Химический факультет Purdue. «Помощь по общей химии: состояния вещества». http://www.chem.purdue.edu/gchelp/atoms/states.html (по состоянию на 18 августа 2007 г.). Фонд химического наследия. http://www.chemheritage.org/ (по состоянию на 18 августа 2007 г. ). Физический факультет Брауновского университета. http://www. physics.brown.edu (по состоянию на 18 августа 2007 г.). Организация Нобелевской премии, Информация о премии по физике. http://нобелевская премия.org/nobel_prizes/physics/ (по состоянию на 18 августа 2007 г.). Принстонская лаборатория физики плазмы: образовательный веб-сайт Fusion Energy. http://fusedweb.pppl.gov/FusEdWeb-home.html (по состоянию на 18 августа 2007 г.). Неделя науки: История физики: Эйнштейн и броуновское движение. http://scienceweek.com/2005/sw050318-1.htm (по состоянию на 18 августа 2007 г.). Мириам К. Нагель Новая фаза материи твердая и жидкая одновременно Твердое, жидкое, газообразное… и что-то еще? В то время как большинство из нас узнают только о трех состояниях материи в начальной школе, физики обнаружили несколько экзотических разновидностей, которые могут существовать в условиях экстремальных температур и давлений. Теперь группа ученых использовала тип искусственного интеллекта, чтобы подтвердить существование странного нового состояния материи, в котором атомы калия одновременно проявляют свойства твердого и жидкого состояния. Если бы вы каким-то образом смогли вытащить кусок такого материала, он, вероятно, выглядел бы как твердый блок, из которого вытекает расплавленный калий, который в конечном итоге полностью растворился. «Это все равно, что держать губку, наполненную водой, которая начинает капать, за исключением того, что губка тоже состоит из воды», — говорит соавтор исследования Андреас Херманн, физик по конденсированным веществам из Эдинбургского университета, чья команда описывает работу на этой неделе. в Трудах Национальной академии наук . Калий в необычном состоянии мог существовать в условиях мантии Земли, но этот элемент обычно не встречается в чистом виде и обычно связан с другим веществом. Подобные симуляции могут помочь изучить поведение других минералов в таких экстремальных условиях. Земля 101 Земля — единственная известная планета, на которой существует жизнь. Узнайте о происхождении нашей родной планеты и некоторых ключевых ингредиентах, которые помогают сделать это голубое пятнышко в космосе уникальной глобальной экосистемой. Дырявый кристалл Металлы, такие как калий, довольно просты на микроскопическом уровне. При формировании твердого стержня атомы элемента соединяются в упорядоченные ряды, которые хорошо проводят тепло и электричество. Долгое время исследователи считали, что могут легко предсказать, что может произойти с такими кристаллическими структурами под давлением. Но около 15 лет назад ученые обнаружили, что натрий — металл со свойствами, схожими с калием, — ведет себя странно при сжатии.При давлении, в 20 000 раз превышающем давление на поверхности Земли, натрий превратился из серебристого блока в прозрачный материал, который не проводил электричество, а скорее препятствовал его прохождению. Исследовав натрий с помощью рентгеновских лучей, ученые смогли увидеть, что его атомы приняли сложное кристаллическое образование вместо простого. Калий также подвергался многочисленным экспериментальным исследованиям. При сжатии до таких же пределов его атомы выстраиваются в замысловатое образование — пять цилиндрических трубок, организованных в форме буквы X, с четырьмя длинными цепями, сидящими в изгибах этой сборки, почти как два отдельных и не переплетающихся материала. «Каким-то образом эти атомы калия решают разделиться на две слабо связанные подрешетки», — говорит Германн. Но когда ученые увеличили температуру, рентгеновские снимки показали исчезновение четырех цепей, и исследователи спорили о том, что именно происходит. Германн и его коллеги обратились к моделированию, чтобы выяснить это, используя так называемую нейронную сеть — машину с искусственным интеллектом, которая учится предсказывать поведение на основе предыдущих примеров. После обучения на небольших группах атомов калия нейронная сеть достаточно хорошо изучила квантовую механику, чтобы моделировать наборы, содержащие десятки тысяч атомов. Компьютерные модели подтвердили, что при давлении примерно в 20 000–40 000 раз больше атмосферного и при температуре от 400 до 800 Кельвинов (от 260 до 980 градусов по Фаренгейту) калий вошел в так называемое состояние цепного плавления, в котором цепи растворялись в жидкости, а оставшийся калий кристаллы остались твердыми. Ученые впервые показали, что такое состояние термодинамически стабильно для любого элемента. Методика машинного обучения, разработанная командой, может быть полезна при моделировании поведения других веществ, говорит Мариус Миллот, изучающий материалы в экстремальных условиях в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. «Большая часть материи во Вселенной находится при высоком давлении и температуре, например, внутри планет и звезд», — добавляет он. Экзопланеты 101 Экзопланеты бросают вызов представлению о том, что мы одиноки во Вселенной. Узнайте, какие типы экзопланет существуют, какие методы ученые используют для их поиска и сколько миров может существовать в галактике Млечный Путь. Продюсер/Рассказчик: Анджели Габриэль Монтажер: Дэн Стейнмец Заместитель продюсера: Мариелена Планас Менеджер по исследованиям: Марк Левенштейн Звукооператор: Джей Ольшевски Экзотические состояния Теперь, когда фаза цепного плавления калия подтверждена, она присоединяется к известному массиву других необычных состояний вещества помимо газа, жидкости и твердого тела. Плазма: Перегретая форма газа, в которой атомные ядра отделены от своих электронов, что означает, что они могут генерировать и подвергаться воздействию электрических и магнитных полей. Конденсат Бозе-Эйнштейна: Только образующиеся при температурах, близких к абсолютному нулю, все атомы в этом материале начинают действовать как единая частица. Сверхпроводник: Состояние, достигаемое, когда определенные металлы охлаждаются до низких температур, и электричество может проходить через них без сопротивления. Сверхтекучесть: Жидкость, охлажденная почти до абсолютного нуля, чтобы она могла течь без трения, даже взбираясь вверх по стенкам контейнера и капая наружу. Вырожденная материя: Обнаруживается только при чрезвычайно высоких давлениях, достигаемых в белых карликах и нейтронных звездах, двух типах мертвых звезд. Кварк-глюонная плазма: Состояние, в котором протоны и нейтроны растворяются в составляющих их кварках, которые могут свободно перемещаться среди частиц, называемых глюонами, несущих сильное взаимодействие. Плавление, кипячение и возгонка – Введение в химию – 1-е канадское издание Опишите, что происходит во время изменения фазы. Рассчитайте изменение энергии, необходимое для фазового перехода. Вещества могут менять фазу — часто из-за изменения температуры. При низких температурах большинство веществ твердые; при повышении температуры они становятся жидкими; при еще более высоких температурах они становятся газообразными. Процесс превращения твердого тела в жидкость называется плавлением (более старый термин, который вы иногда можете встретить, это слияние ).Противоположный процесс, превращение жидкости в твердое тело, называется затвердеванием . Для любого чистого вещества температура, при которой происходит плавление, известная как точка плавления , является характеристикой этого вещества. Чтобы твердое тело превратилось в жидкость, требуется энергия. Каждое чистое вещество имеет определенное количество энергии, необходимое для перехода из твердого состояния в жидкое. Это количество называется энтальпией плавления (или теплотой плавления) вещества, представленной как Δ H плавления .Некоторые значения Δ H fus приведены в табл. 10.2 «Энтальпии плавления различных веществ»; предполагается, что эти значения относятся к температуре плавления вещества. Обратите внимание, что единицей измерения Δ H fus является килоджоуль на моль, поэтому нам нужно знать количество материала, чтобы знать, сколько энергии задействовано. Δ H fus всегда указывается в таблице как положительное число. Однако его можно использовать как для процессов плавления, так и для процессов затвердевания, если помнить, что плавление всегда эндотермическое (поэтому Δ H будет положительным), а затвердевание всегда экзотермическое (поэтому Δ H будет отрицательный). Таблица 10.2 Энтальпии плавления различных веществ Вещество (точка плавления) Δ H сплав (кДж/моль) Вода (0°C) 6. 01 Алюминий (660°C) 10,7 Бензол (5,5°С) 9,95 Этанол (-114,3°C) 5,02 Ртуть (-38,8°С) 2.29 Как изменится энергия, если 45,7 г H 2 O расплавятся при 0°C? Раствор Δ H сплав H 2 O составляет 6,01 кДж/моль. Однако наше количество дано в граммах, а не в молях, поэтому первым шагом является преобразование граммов в моли с использованием молярной массы H 2 O, которая составляет 18,0 г/моль. Тогда мы можем использовать Δ H fus в качестве коэффициента преобразования. Поскольку вещество плавится, процесс эндотермический, поэтому изменение энергии будет иметь положительный знак. Без знака число считается положительным. Проверь себя Как изменится энергия, если 108 г C 6 H 6 замерзнут при 5,5°C? Ответить −13,8 кДж При плавлении энергия идет исключительно на изменение фазы вещества; это не касается изменения температуры вещества. Следовательно, плавление является изотермическим процессом, поскольку вещество остается при одной и той же температуре.Только когда все вещество расплавлено, дополнительная энергия идет на изменение его температуры. Что происходит, когда твердое тело становится жидкостью? В твердом теле отдельные частицы застревают на месте, потому что межмолекулярные силы не могут быть преодолены за счет энергии частиц. Когда поступает больше энергии (например, за счет повышения температуры), наступает момент, когда частицы имеют достаточно энергии, чтобы двигаться, но недостаточно энергии, чтобы разделиться. Это жидкая фаза: частицы все еще находятся в контакте, но могут двигаться вокруг друг друга.Это объясняет, почему жидкости могут принимать форму своих сосудов: частицы перемещаются и под действием гравитации заполняют наименьший возможный объем (если только жидкость не находится в среде с невесомостью — см. рис. 10.16 «Жидкости и гравитация»). . Рисунок 10.16 «Жидкости и гравитация». а) Жидкость заполняет дно своего сосуда по мере того, как ее тянет вниз под действием силы тяжести, и частицы скользят друг по другу. б) Жидкость плавает в условиях невесомости. Частицы все еще скользят друг по другу, потому что они находятся в жидкой фазе, но теперь нет гравитации, которая могла бы тянуть их вниз. Фазовый переход между жидкостью и газом имеет некоторое сходство с фазовым переходом между твердым телом и жидкостью. При определенной температуре частицы жидкости обладают достаточной энергией, чтобы превратиться в газ. Процесс превращения жидкости в газ называется кипением (или испарением) , а процесс превращения газа в жидкость называется конденсацией . Однако, в отличие от процесса конверсии твердого тела в жидкость, на процесс конверсии жидкость/газ заметно влияет окружающее давление на жидкость, поскольку давление сильно влияет на газы.Это означает, что температура, при которой жидкость становится газом, точка кипения , может изменяться в зависимости от окружающего давления. Поэтому мы определяем нормальную точку кипения как температуру, при которой жидкость превращается в газ, когда окружающее давление составляет точно 1 атм или 760 торр. Если не указано иное, предполагается, что точка кипения соответствует давлению в 1 атм. Подобно фазовому переходу твердое тело/жидкость, фазовый переход жидкость/газ требует энергии. Количество энергии, необходимое для преобразования жидкости в газ, называется энтальпией парообразования (или теплотой парообразования), представленной как Δ H пар .Некоторые значения Δ H vap приведены в таблице 10.3 «Энтальпии испарения различных веществ»; предполагается, что эти значения относятся к нормальной температуре кипения вещества, которая также приведена в таблице. Единицей для Δ H vap также является килоджоуль на моль, поэтому нам нужно знать количество материала, чтобы знать, сколько энергии задействовано. Δ H vap также всегда указывается в таблице как положительное число. Его можно использовать как для процессов кипения, так и для процессов конденсации, если вы помните, что кипение всегда эндотермическое (поэтому Δ H будет положительным), а конденсация всегда экзотермическая (поэтому Δ H будет отрицательным) . Таблица 10.3 Энтальпии испарения различных веществ Вещество (нормальная точка кипения) Δ H пар (кДж/моль) Вода (100°C) 40,68 Бром (59,5°С) 15,4 Бензол (80,1°С) 30,8 Этанол (78,3°С) 38,6 Ртуть (357°С) 59.23 Как изменится энергия при конденсации 66,7 г Br 2 (г) в жидкость при 59,5°С? Раствор Δ H vap Br 2 составляет 15,4 кДж/моль. Несмотря на то, что это процесс конденсации, мы все же можем использовать числовое значение Δ H vap , если мы понимаем, что мы должны отводить энергию, поэтому значение Δ H будет отрицательным. Чтобы определить величину изменения энергии, мы должны сначала перевести количество Br 2 в моли.Тогда мы можем использовать Δ H vap в качестве коэффициента преобразования. Поскольку процесс экзотермический, фактическое значение будет отрицательным: Δ H = −6,43 кДж. Проверь себя Как изменится энергия, когда 822 г C 2 H 5 OH(л) закипят при нормальной температуре кипения 78,3°C? Ответить 689 кДж Как и при плавлении, энергия при кипении идет исключительно на изменение фазы вещества; это не касается изменения температуры вещества.Так что кипение тоже изотермический процесс. Только когда все вещество закипит, дополнительная энергия идет на изменение его температуры. Что происходит, когда жидкость становится газом? Мы уже установили, что жидкость состоит из частиц, находящихся в контакте друг с другом. Когда жидкость становится газом, частицы отделяются друг от друга, и каждая частица движется в пространстве своим путем. Именно так газы стремятся заполнить свои сосуды. Действительно, в газовой фазе большую часть объема занимает пустое пространство; только одна тысячная часть объема фактически занята материей (см. рис. 10).17 «Жидкости и газы»). Именно это свойство газов объясняет, почему они могут сжиматься, что и рассматривается в главе 6 «Газы». Рисунок 10.17 Жидкости и газы. В (а) частицы представляют собой жидкость; частицы находятся в контакте, но также могут перемещаться друг вокруг друга. В (b) частицы представляют собой газ, и большая часть объема на самом деле представляет собой пустое пространство. Частицы не в масштабе; на самом деле точки, представляющие частицы, будут примерно в одну тысячную меньше, чем изображено. При некоторых обстоятельствах твердая фаза может перейти непосредственно в газовую фазу, минуя жидкую фазу, а газ может сразу стать твердым. Переход твердого вещества в газообразное называется сублимацией , а обратный процесс называется осаждением . Сублимация изотермическая, как и другие фазовые переходы. Во время сублимации происходит измеримое изменение энергии; это изменение энергии называется энтальпией сублимации , представленной как Δ H к югу от .Связь между Δ H sub и другими изменениями энтальпии следующая: Δ H sub = Δ H предохранитель + Δ H пар Таким образом, Δ H sub не всегда указывается в таблице, поскольку его можно просто рассчитать из Δ H fus и Δ H vap . Есть несколько распространенных примеров сублимации. Известный продукт — сухой лед — на самом деле является твердым CO 2 .Сухой лед является сухим, потому что он возгоняется, при этом твердая фаза минует жидкую фазу и переходит прямо в газовую фазу. Сублимация происходит при температуре -77°С, поэтому с ней нужно обращаться осторожно. Если вы когда-нибудь замечали, что кубики льда в морозильной камере со временем становятся меньше, то это потому, что твердая вода очень медленно сублимирует. «Ожог от заморозки» на самом деле не ожог; это происходит, когда некоторые продукты, такие как мясо, медленно теряют содержание твердой воды из-за сублимации. Еда по-прежнему хороша, но выглядит неаппетитно.Снижение температуры морозильной камеры замедлит сублимацию твердой воды. Химические уравнения могут использоваться для описания фазового перехода. В таких случаях крайне важно использовать фазовые метки на веществах. Например, химическое уравнение таяния льда для получения жидкой воды выглядит следующим образом: H 2 O(s) → H 2 O(ℓ) Химических изменений не происходит; однако происходит физическое изменение. Кривые нагрева График зависимости температуры от количества подведенного тепла известен как кривая нагрева (см. рисунок 10.18). Они обычно используются, чтобы визуально показать взаимосвязь между фазовыми переходами и энтальпией для данного вещества. Рисунок 10.18 «Общая диаграмма кривой нагрева». На рис. 10.18 твердое тело приобретает кинетическую энергию и, следовательно, его температура повышается по мере добавления тепла. В точке плавления добавленное тепло используется для разрушения межмолекулярных сил притяжения твердого тела вместо увеличения кинетической энергии, и поэтому температура остается постоянной. После того, как все твердое вещество расплавится, снова подведенное тепло идет на увеличение кинетической энергии (и температуры) молекул жидкости до точки кипения.В точке кипения, опять же, добавленное тепло используется для разрушения межмолекулярных сил притяжения вместо обеспечения кинетической энергии, и температура остается постоянной до тех пор, пока вся жидкость не превратится в газ. Фазовые превращения могут происходить между любыми двумя фазами материи. Все фазовые переходы происходят с одновременным изменением энергии. Все фазовые переходы изотермические. В чем разница между плавлением и затвердеванием ? В чем разница между кипящим и конденсационным ? Опишите молекулярные изменения, когда твердое тело становится жидкостью. Опишите молекулярные изменения, когда жидкость превращается в газ. Как изменится энергия, если 78,0 г ртути расплавятся при температуре -38,8°C? Как изменится энергия при затвердевании 30,8 г алюминия при 660°С? Как изменится энергия при кипении 111 г Br 2 при 59,5°С? Как изменится энергия при конденсации 98,6 г H 2 O при 100°C? Каждое из следующих утверждений неверно. Перепишите их так, чтобы они были правильными. Изменения температуры во время фазового перехода. Процесс превращения жидкости в газ называется сублимацией. Каждое из следующих утверждений неверно. Перепишите их так, чтобы они были правильными. Объем газа содержит только около 10% материи, а остальное — пустое пространство. Δ H sub равно Δ H vap . Напишите химическое уравнение плавления элементарного натрия. Напишите химическое уравнение затвердевания бензола (C 6 H 6 ). Напишите химическое уравнение сублимации CO 2 . Напишите химическое уравнение кипения пропанола (C 3 H 7 OH). Что такое Δ H sub H 2 O? (Подсказка: см. Таблицу 10.2 «Энтальпии плавления различных веществ» и Таблицу 10.3 «Энтальпии испарения различных веществ».) Δ H sub I 2 составляет 60,46 кДж/моль, а его Δ H vap составляет 41,71 кДж/моль. Что такое Δ H fus I 2 ? Плавление — это фазовый переход от твердого к жидкому, тогда как затвердевание — это фазовый переход от жидкого к твердому. Молекулы имеют достаточно энергии, чтобы двигаться относительно друг друга, но недостаточно, чтобы полностью отделиться друг от друга. 890 Дж 10,7 кДж Температура не изменяется при изменении фазы. Процесс превращения жидкости в газ называется кипением; процесс превращения твердого тела в газ называется сублимацией. Na(s) → Na(ℓ) CO 2 (s) → CO 2 (g) 46,69 кДж/моль Атрибуция СМИ . alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Поверхностная плотность силы света в заданном направлении: Что известно о силе света и формула ее расчета. Световые величины и единицы 23.03.197431.01.2022 Транзистор мощный: Справочник по транзисторам мощным отечественным биполярным. Импортные аналоги. 02.11.202120.11.2020 Снятие показаний: Как правильно снимать и считать показания счетчика электроэнергии 27.01.202103.10.2020 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт