Les états agrégés de la matière et leurs principales caractéristiques. Quel est l'état d'agrégation de la matière

Objectifs de la leçon:

• approfondir et généraliser les connaissances sur les états agrégés de la matière, étudier dans quels états peuvent être les substances.

Objectifs de la leçon:

Éducatif - pour formuler une idée des propriétés des solides, des gaz, des liquides.

Développement - le développement des compétences des étudiants en discours, analyse, conclusions sur le matériel passé et étudié.

Éducatif - inculquer le travail mental, créer toutes les conditions pour accroître l'intérêt pour le sujet étudié.

Termes de base :

État d'agrégation- il s'agit d'un état d'une substance, qui se caractérise par certaines propriétés qualitatives : - la capacité ou l'incapacité à conserver forme et volume ; - la présence ou l'absence d'ordre à courte et longue portée ; - autres.

Figure 6. État agrégé de la matière lorsque la température change.

Lorsqu'une substance passe de l'état solide à l'état liquide, cela s'appelle la fusion, le processus inverse est la cristallisation. Lorsqu'une substance passe du liquide au gaz, ce processus est appelé vaporisation, au liquide du gaz - condensation. Et le passage direct en gaz d'un solide, en contournant le liquide - par sublimation, processus inverse - par désublimation.

1.Cristallisation ; 2. fonte; 3. Condensation ; 4. Génération de vapeur ;

5. Sublimation ; 6. Désublimation.

Nous voyons constamment ces exemples de transitions dans la vie de tous les jours. Lorsque la glace fond, elle se transforme en eau, et l'eau à son tour s'évapore et de la vapeur se forme. Si nous regardons dans la direction opposée, la vapeur, en se condensant, recommence à passer dans l'eau, et l'eau, à son tour, gèle, devient glace. L'odeur de tout solide est la sublimation. Certaines molécules s'échappent du corps, tandis qu'un gaz se forme, ce qui donne l'odeur. Un exemple du processus inverse est celui des motifs sur le verre en hiver, lorsque la vapeur de l'air se dépose sur le verre lorsqu'il gèle.

La vidéo montre le changement de l'état d'agrégation de la matière.

Bloc de contrôle.

1. Après congélation, l'eau s'est transformée en glace. Les molécules d'eau ont-elles changé ?

2.Dans la pièce, ils utilisent de l'éther médical. Et à cause de cela, ils sentent généralement fort là-bas. Quel est l'état de l'éther ?

3.Qu'arrive-t-il à la forme du liquide ?

4. Glace. Quel est l'état de l'eau ?

5.Que se passe-t-il lorsque l'eau gèle ?

Devoirs.

Répondez aux questions:

1.Pouvez-vous remplir la moitié du volume du récipient avec du gaz ? Pourquoi?

2. L'azote et l'oxygène peuvent-ils être à l'état liquide à température ambiante ?

3.Peut-on être à l'état gazeux à température ambiante : fer et mercure ?

4. Un jour d'hiver glacial, du brouillard s'est formé sur la rivière. Quel est l'état de la matière ?

Nous pensons qu'une substance a trois états d'agrégation. En fait, il y en a au moins une quinzaine, alors que la liste de ces affections continue de s'allonger chaque jour. Ce sont : solide amorphe, solide, neutronium, plasma de quarks-gluons, matière fortement symétrique, matière faiblement symétrique, condensat de fermions, condensat de Bose-Einstein et matière étrange.

L'état d'agrégation d'une substance est généralement appelé sa capacité à conserver sa forme et son volume. Une caractéristique supplémentaire est les voies de transition d'une substance d'un état d'agrégation à un autre. Sur cette base, on distingue trois états d'agrégation : solide, liquide et gazeux. Leurs propriétés visibles sont les suivantes :

Solide - conserve à la fois la forme et le volume. Il peut passer à la fois dans un liquide par fusion et directement dans un gaz par sublimation.
- Liquide - conserve le volume, mais pas la forme, c'est-à-dire qu'il a de la fluidité. Le liquide déversé a tendance à se répandre indéfiniment sur la surface sur laquelle il est versé. Un liquide peut passer dans un solide par cristallisation et dans un gaz par évaporation.
- Gaz - ne conserve ni forme ni volume. Le gaz à l'extérieur de tout conteneur a tendance à se dilater indéfiniment dans toutes les directions. Seule la gravité peut l'en empêcher, grâce à quoi l'atmosphère terrestre ne se dissipe pas dans l'espace. Le gaz passe dans un liquide par condensation et directement dans un solide peut passer par précipitation.

Transitions de phase

La transition d'une substance d'un état d'agrégation à un autre est appelée transition de phase, car l'état d'agrégation scientifique est la phase d'une substance. Par exemple, l'eau peut exister en phase solide (glace), liquide (eau ordinaire) et gazeuse (vapeur d'eau).

L'exemple de l'eau est également bien démontré. Traîner dans la cour pour sécher par une journée glaciale et sans vent gèle immédiatement, mais au bout d'un moment, il s'avère sec : la glace se sublime, passant directement à la vapeur d'eau.

En règle générale, la transition de phase d'un solide à un liquide et à un gaz nécessite un chauffage, mais la température du milieu n'augmente pas dans ce cas: l'énergie thermique est dépensée pour rompre les liaisons internes de la substance. C'est ce qu'on appelle la chaleur latente. Lors des transitions de phases inverses (condensation, cristallisation), cette chaleur est libérée.

C'est pourquoi les brûlures à la vapeur sont si dangereuses. Au contact de la peau, il se condense. La chaleur latente d'évaporation/condensation de l'eau est très élevée : l'eau à cet égard est une substance anormale ; c'est pourquoi la vie sur Terre est possible. En cas de brûlure à la vapeur, la chaleur latente de condensation de l'eau "brûle" très profondément l'endroit brûlé, et les conséquences d'une brûlure à la vapeur sont beaucoup plus graves que celles d'une flamme sur la même zone du corps.

Pseudophases

La fluidité de la phase liquide d'une substance est déterminée par sa viscosité, et la viscosité est déterminée par la nature des liaisons internes, auxquelles la section suivante est consacrée. La viscosité du liquide peut être très élevée et le liquide peut s'écouler sans que l'œil le remarque.

Le verre est un exemple classique. Ce n'est pas un solide, mais un liquide très visqueux. Veuillez noter que les feuilles de verre dans les entrepôts ne sont jamais stockées en biais contre un mur. En quelques jours, ils plieront sous leur propre poids et seront inutilisables.

D'autres pseudo-solides sont le poix de démarrage et le poix de construction. Si vous oubliez la pièce angulaire sur le toit, au cours de l'été, elle s'étalera en un gâteau et collera à la base. Les corps pseudo-solides peuvent être distingués des vrais par la nature de la fonte : les vrais conservent leur forme jusqu'à ce qu'ils se répandent en une seule fois (soudure à), ou flottent, laissant entrer des flaques et des ruisseaux (glace). Et les liquides très visqueux se ramollissent progressivement, comme le même brai ou le même bitume.

Les plastiques sont des liquides extrêmement visqueux qui n'ont pas été perceptibles depuis de nombreuses années et décennies. Leur grande capacité à conserver leur forme est fournie par l'énorme poids moléculaire des polymères, en plusieurs milliers et millions d'atomes d'hydrogène.

Structure de phase de la matière

Dans la phase gazeuse, les molécules ou les atomes d'une substance sont très éloignés les uns des autres, plusieurs fois plus grands que la distance qui les sépare. Ils interagissent les uns avec les autres de manière occasionnelle et irrégulière, uniquement lors de collisions. L'interaction elle-même est élastique : elles se sont heurtées comme des balles solides, puis se sont envolées.

Dans un liquide, les molécules/atomes se "sentent" constamment en raison de liaisons très faibles de nature chimique. Ces liaisons se rompent tout le temps et sont immédiatement rétablies à nouveau, les molécules du liquide se déplacent constamment les unes par rapport aux autres, de sorte que le liquide s'écoule. Mais pour le transformer en gaz, il faut rompre toutes les liaisons à la fois, et cela demande beaucoup d'énergie, car le liquide conserve son volume.

À cet égard, l'eau diffère des autres substances en ce que ses molécules dans un liquide sont liées par des liaisons hydrogène, qui sont assez fortes. Par conséquent, l'eau peut être un liquide à une température normale à vie. De nombreuses substances dont le poids moléculaire est des dizaines et des centaines de fois supérieur à celui de l'eau, dans des conditions normales, sont des gaz, tout comme le gaz domestique ordinaire.

Dans un solide, toutes ses molécules sont fermement en place en raison de fortes liaisons chimiques entre elles, formant un réseau cristallin. Les cristaux de forme correcte nécessitent des conditions spéciales pour leur croissance et sont donc rarement trouvés dans la nature. La plupart des solides sont des conglomérats de cristaux petits et minuscules - des cristallites, fermement liés par des forces de nature mécanique et électrique.

Si le lecteur a déjà vu, par exemple, un demi-essieu de voiture fissuré ou une grille en fonte, alors les grains de cristallites sur la fracture y sont visibles à l'œil nu. Et sur les fragments de porcelaine ou de faïence cassés, on peut les observer à la loupe.

Plasma

Les physiciens distinguent également le quatrième état d'agrégation de la matière - le plasma. Dans le plasma, les électrons sont arrachés aux noyaux atomiques et il s'agit d'un mélange de particules chargées électriquement. Le plasma peut être très dense. Par exemple, un centimètre cube de plasma provenant des entrailles des étoiles - des naines blanches, pèse des dizaines et des centaines de tonnes.

Le plasma est isolé dans un état d'agrégation distinct car il interagit activement avec les champs électromagnétiques du fait que ses particules sont chargées. Dans l'espace libre, le plasma a tendance à se dilater, à se refroidir et à se transformer en gaz. Mais sous l'influence, il peut conserver sa forme et son volume à l'extérieur du récipient, comme un solide. Cette propriété du plasma est utilisée dans les réacteurs thermonucléaires - prototypes des centrales électriques du futur.

États agrégés de la matière(du latin aggrego - j'attache, je connecte) - ce sont des états de la même substance, dont les transitions correspondent à des changements brusques d'énergie libre, de densité et d'autres paramètres physiques de la substance.
Gaz (gaz français, dérivé du chaos grec - chaos)- c'est état d'agrégation, dans lequel les forces d'interaction de ses particules remplissant tout le volume qui leur est fourni sont négligeables. Dans les gaz, les distances intermoléculaires sont grandes et les molécules se déplacent presque librement.

Les gaz peuvent être considérés comme des vapeurs considérablement surchauffées ou faiblement saturées. Il y a de la vapeur au-dessus de la surface de chaque liquide. Lorsque la pression de vapeur atteint une certaine limite, appelée pression de vapeur saturée, l'évaporation du liquide s'arrête, car le liquide devient le même. Une diminution du volume de vapeur saturée provoque une fraction de la vapeur plutôt qu'une augmentation de la pression. Par conséquent, la pression de vapeur ne peut pas être plus élevée. L'état de saturation est caractérisé par la masse de saturation contenue dans 1m de masse de vapeur saturée, qui dépend de la température. La vapeur saturée peut devenir insaturée en augmentant son volume ou en augmentant la température. Si la température de la vapeur est bien supérieure au point correspondant à la pression donnée, la vapeur est dite surchauffée.

Le plasma est un gaz partiellement ou totalement ionisé dans lequel les densités de charges positives et négatives sont pratiquement les mêmes. Le soleil, les étoiles, les nuages ​​de matière interstellaire sont composés de gaz - neutres ou ionisés (plasma). Contrairement à d'autres états d'agrégation, le plasma est un gaz de particules chargées (ions, électrons) qui interagissent électriquement les unes avec les autres à de grandes distances, mais n'ont pas d'ordres à courte ou longue distance dans l'arrangement des particules.

Liquide- c'est l'état d'agrégation de la matière, intermédiaire entre solide et gazeux. Les liquides ont certaines caractéristiques d'un solide (conserve son volume, forme une surface, a une certaine résistance à la traction) et un gaz (prend la forme d'un récipient dans lequel il se trouve). Le mouvement thermique des molécules (atomes) d'un liquide est une combinaison de petites vibrations autour des positions d'équilibre et de sauts fréquents d'une position d'équilibre à une autre. Dans le même temps, des mouvements lents des molécules et leurs oscillations dans de petits volumes se produisent, des sauts fréquents de molécules violent l'ordre à longue distance dans l'arrangement des particules et provoquent la fluidité des liquides, et de petites oscillations près des positions d'équilibre provoquent l'existence de courts-circuits. ordre de gamme dans les liquides.

Les liquides et les solides, contrairement aux gaz, peuvent être considérés comme des milieux hautement condensés. En eux, les molécules (atomes) sont situées beaucoup plus près les unes des autres et les forces d'interaction sont supérieures de plusieurs ordres de grandeur à celles des gaz. Par conséquent, les liquides et les solides ont des possibilités d'expansion considérablement limitées, ils ne peuvent certainement pas occuper un volume arbitraire et, à un niveau constant, ils conservent leur volume, quel que soit le volume dans lequel ils sont placés. Les transitions d'un état d'agrégation plus structuré à un état moins ordonné peuvent également se produire en continu. À cet égard, au lieu du concept d'état agrégé, il est conseillé d'utiliser un concept plus large - le concept de phase.

Phase est appelé l'ensemble de toutes les parties du système qui ont la même composition chimique et sont dans le même état. Ceci est justifié par l'existence simultanée de phases d'équilibre thermodynamique dans un système polyphasique : un liquide avec sa propre vapeur saturée ; eau et glace au point de fusion; deux liquides non miscibles (mélange d'eau avec de la triéthylamine), de concentration différente; l'existence de solides amorphes qui conservent la structure du liquide (état amorphe).

État solide amorphe de la matière est une sorte d'état de surfusion d'un liquide et diffère des liquides ordinaires par une viscosité nettement plus élevée et des valeurs numériques de caractéristiques cinétiques.
État solide cristallin de la matière- Il s'agit d'un état agrégé, qui se caractérise par de grandes forces d'interaction entre les particules de matière (atomes, molécules, ions). Les particules de solides vibrent autour de positions d'équilibre moyennes, appelées nœuds du réseau cristallin; la structure de ces substances est caractérisée par un degré élevé d'ordre (ordre à longue et courte portée) - ordre dans l'arrangement (ordre de coordination), dans l'orientation (ordre d'orientation) des particules structurelles, ou dans l'ordre des éléments physiques propriétés (par exemple, dans l'orientation des moments magnétiques ou des moments dipolaires électriques). La région d'existence d'une phase liquide normale pour les liquides purs, les liquides et les cristaux liquides est limitée du côté des basses températures par des transitions de phase, respectivement, dans un état solide (cristallisation), superfluide et liquide-anisotrope.

Toute substance est constituée de molécules et ses propriétés physiques dépendent de la façon dont les molécules sont ordonnées et de la façon dont elles interagissent les unes avec les autres. Dans la vie ordinaire, nous observons trois états d'agrégation de la matière - solide, liquide et gazeux.

Par exemple, l'eau peut être à l'état solide (glace), liquide (eau) et gazeux (vapeur).

Gaz se développe jusqu'à ce qu'il remplisse tout le volume qui lui est alloué. Si nous considérons le gaz au niveau moléculaire, nous verrons des molécules se retourner et entrer en collision aléatoirement les unes avec les autres et avec les parois du récipient, qui, cependant, n'interagissent pratiquement pas les unes avec les autres. Si le volume du vaisseau est augmenté ou diminué, les molécules seront uniformément redistribuées dans le nouveau volume.

Contrairement au gaz à une température donnée, il occupe un volume fixe, cependant, il prend également la forme d'un récipient à remplir - mais seulement en dessous de son niveau de surface. Au niveau moléculaire, un liquide est le plus facilement représenté sous la forme de molécules sphériques, qui, bien qu'en contact étroit les unes avec les autres, ont la liberté de rouler les unes par rapport aux autres, comme des billes rondes dans un bocal. Versez du liquide dans le récipient - et les molécules se répandront rapidement et rempliront la partie inférieure du volume du récipient, en conséquence, le liquide prendra sa forme, mais ne se répandra pas dans tout le volume du récipient.

Solide a sa propre forme, ne s'étale pas sur le volume du récipientet ne prend pas sa forme. Au niveau microscopique, les atomes sont liés les uns aux autres par des liaisons chimiques et leur position les uns par rapport aux autres est fixe. En même temps, ils peuvent former à la fois des structures ordonnées rigides - des réseaux cristallins - et un amas désordonné - des corps amorphes (c'est exactement la structure des polymères, qui ressemblent à des pâtes enchevêtrées et collées dans un bol).

Ci-dessus, trois états classiques d'agrégation ont été décrits. Il existe cependant un quatrième état, que les physiciens sont enclins à attribuer au nombre d'agrégats. Il s'agit d'un état plasma. Le plasma se caractérise par un arrachement partiel ou complet des électrons de leurs orbites atomiques, tandis que les électrons libres eux-mêmes restent à l'intérieur de la substance.

Nous pouvons observer le changement dans les états agrégés de la matière de nos propres yeux dans la nature. L'eau de la surface des réservoirs s'évapore et des nuages ​​se forment. C'est ainsi que le liquide se transforme en gaz. En hiver, l'eau des réservoirs gèle et se transforme en un état solide, et au printemps, elle fond à nouveau pour redevenir liquide. Que deviennent les molécules d'une substance lorsqu'elle passe d'un état à un autre ? Changent-ils ? Par exemple, les molécules de glace sont-elles différentes des molécules de vapeur ? La réponse est sans équivoque : non. Les molécules restent exactement les mêmes. Leur énergie cinétique change et, par conséquent, les propriétés de la substance.

L'énergie des molécules de vapeur est assez grande pour se disperser dans différentes directions, et une fois refroidie, la vapeur se condense en un liquide, et les molécules ont encore assez d'énergie pour un mouvement presque libre, mais pas assez pour se détacher de l'attraction d'autres molécules et s'envoler. Avec un refroidissement supplémentaire, l'eau gèle, devenant un solide, et l'énergie des molécules n'est plus suffisante, même pour la libre circulation à l'intérieur du corps. Ils vibrent autour d'un endroit, retenus par les forces d'attraction d'autres molécules.

Afin de comprendre quel est l'état d'agrégation d'une substance, souvenez-vous ou imaginez-vous en été près d'une rivière avec une glace dans les mains. Superbe photo, n'est-ce pas ?

Ainsi, dans cette idylle, en plus de recevoir du plaisir, vous pouvez également effectuer une observation physique. Faites attention à l'eau. Dans la rivière, il est liquide, dans la composition de la crème glacée sous forme de glace, il est solide et dans le ciel sous forme de nuages, il est gazeux. C'est-à-dire qu'il est simultanément dans trois états différents. En physique, cela s'appelle l'état d'agrégation de la matière. Il existe trois états d'agrégation : solide, liquide et gazeux.

Changement dans les états agrégés de la matière

Nous pouvons observer le changement dans les états agrégés de la matière de nos propres yeux dans la nature. L'eau de la surface des réservoirs s'évapore et des nuages ​​se forment. C'est ainsi que le liquide se transforme en gaz. En hiver, l'eau des réservoirs gèle et se transforme en un état solide, et au printemps, elle fond à nouveau pour redevenir liquide. Que deviennent les molécules d'une substance lorsqu'elle passe d'un état à un autre ? Changent-ils ? Par exemple, les molécules de glace sont-elles différentes des molécules de vapeur ? La réponse est sans équivoque : non. Les molécules restent exactement les mêmes. Leur énergie cinétique change et, par conséquent, les propriétés de la substance. L'énergie des molécules de vapeur est assez grande pour voler dans différentes directions, et une fois refroidie, la vapeur se condense en un liquide, et les molécules ont encore assez d'énergie pour un mouvement presque libre, mais pas assez pour se détacher de l'attraction d'autres molécules et s'envoler. Avec un refroidissement supplémentaire, l'eau gèle, devenant un solide, et l'énergie des molécules n'est plus suffisante, même pour la libre circulation à l'intérieur du corps. Ils vibrent autour d'un endroit, retenus par les forces d'attraction d'autres molécules.

La nature du mouvement et l'état des molécules dans divers états d'agrégation peuvent être reflétés dans le tableau suivant :

État de la matière	Propriétés de la substance	Distance entre les particules	Interaction des particules	La nature du mouvement	Ordre d'arrangement
	Ne conserve pas la forme et le volume	Beaucoup plus gros que les particules elles-mêmes		Chaotique (chaotique) continu. Volez librement, parfois en collision.	Désordonné
Liquide	Ne conserve pas la forme, conserve le volume	Comparable à la taille des particules elles-mêmes		Ils oscillent autour de la position d'équilibre, sautant constamment d'un endroit à un autre.	Désordonné
Solide	Conserve forme et volume	Petit par rapport à la taille des particules elles-mêmes	Très fort	Oscillent continuellement autour de la position d'équilibre	Dans un certain ordre

Processus dans lesquels il y a un changement dans l'état d'agrégation des substances, six au total.

Le passage d'une substance de l'état solide à l'état liquide s'appelle fusion, le processus inverse est cristallisation... Lorsqu'une substance passe d'un liquide à un gaz, elle est appelée vaporisation, du gaz au liquide - condensation... Le passage d'un état solide directement à un gaz, en contournant un état liquide, est appelé sublimation, le processus inverse est désublimation.

• 1. La fonte
• 2. Cristallisation
• 3. Génération de vapeur
• 4. Condensation
• 5. Sublimation
• 6. Désublimation

Exemples de toutes ces transitions nous avons observé plus d'une fois dans notre vie. La glace fond pour former de l'eau, l'eau s'évapore pour former de la vapeur. Dans le sens inverse, la vapeur, en se condensant, retourne dans l'eau, et l'eau, en gelant, devient de la glace. Et si vous pensez que vous ne connaissez pas les processus de sublimation et de désublimation, ne vous précipitez pas pour tirer des conclusions. L'odeur de tout corps solide n'est rien de plus que la sublimation. Certaines molécules sont éjectées du corps, formant un gaz que nous pouvons sentir. Et un exemple du processus inverse est celui des motifs sur le verre en hiver, lorsque la vapeur dans l'air, qui gèle, se dépose sur le verre et forme des motifs bizarres.