Хімія - наука про речовини та їх перетворення. Насправді маються на увазі лише хімічні перетворення. Людина може спостерігати в звичайному житті і інші перетворення речовин: кипить вода в чайнику, з носика чайника виривається струмінь пара, ми "бачимо" водяна пара, тому що частина його, конденсуючись в більш холодному повітрі, створює туман, який знову випаровується. Майже кожна людина спостерігав, як з наближенням зими в калюжах то замерзає вода, то тане лід. Всі ці перетворення називаються агрегатними перетвореннями. На малюнку представлена спрощена діаграма стану води в досить великому інтервалі температур і тисків.
Лінії OA, OB і вісь р виділяють ту область на діаграмі стану води, де існує лід. Лінії OA, OC і вісь t виділяють область існування водяної пари - лід і рідка вода можуть випаровуватися і при кімнатній температурі. У метеозведення часто повідомляють про величину відносної вологості повітря. Деякі речовини на повітрі піддаються гідролізу, тому що в повітрі завжди міститься водяна пара. Лінії OB і OC обмежують область існування води в вигляді рідини. Лінія OB відповідає тим температур і тисків, при яких можуть одночасно співіснувати лід і вода. Лінія OC характеризує залежність температури кипіння рідини від зовнішнього тиску. Лінія OA дозволяє описати сублімацію льоду. Точка O - потрійна точка (t = 0.00760 С, p = 4.7 мм.рт.ст.), в якій як завгодно довго в рівновазі можуть знаходитися лід, вода і водяна пара. Точка C - критична точка (t = 374o C, p = 218 атм). При температурах вище критичної водяна пара поводиться як газ, який ніяким підвищенням тиску не можна перевести в конденсована стан. Майже для кожного речовини можна привести свою діаграму стану.
Газоподібний стан речовини
У газоподібному стані речовина характеризується величинами: p - тиском, t (або Т) - температурою, V - об'ємом, m - масою, M - молекулярної масою. Взаємозв'язок між цими величинами висловлює Рівняння Менделєєва-Клапейрона:
для одного благаючи речовини: pV = RT,
для n молей речовини: pV = n RT, для маси m: pV = (m / M) RT.
Тут R - універсальна газова постійна, рівна 8.31441 Дж / (моль · K). Насправді спочатку встановлювалися приватні закони (Бойля-Маріотта, Гей-Люссака, Шарля, Об'єднаний газовий закон, Рівняння Клапейрона) і лише в кінці з'явилося Рівняння Менделєєва-Клапейрона. Але можна поступити навпаки і вивести із загального рівняння приватні закони.
Для даної маси (m = const) даного газу (M = const) отримаємо Об'єднаний газовий закон:
pV / T = const або p1V1 / T1 = p2V2 / T2.
Якщо, крім того:
T = const, то pV = const або p1V1 = p2V2 (Закон Бойля-Маріотта); p = const, то V / T = const або V1 / T1 = V2 / T2 (Закон Гей-Люссака); V = const, то p / T = const або p1 / T1 = p2 / T2 (Закон Шарля).
При норамальних умовах (p = 1 атм. = 1.01325 · 105 Па і t = 0o C або T = 273.15 K) моль будь-якого газу займає об'єм 22.4 л.
При вирішенні хімічних задач іноді не вдається використовувати Рівняння Менделєєва-Клапейрона (якщо в умовах задачі немає необхідних даних), а доводиться застосовувати приватні закони.
У моделі ідеального газу (саме в цьому випадку справедливі газові закони) передбачається, що власний обсяг молекул мізерно малий у порівнянні з об'ємом, займаним газом, і що між молекулами газу не діють сили взаємного тяжіння (тому ідеальний газ ні за яких умов не може перетворитися в рідину). У реальних газах міжмолекулярної взаємодії як би додатково стискає газ (до зовнішнього тиску p додається доданок a / V2). Крім того, всі реальні речовини в рідкому і твердому стані мають певним обсягом і під дією зовнішнього тиску дуже мало стискаються. Так що можна оцінити власний обсяг благаючи молекул - позначимо його b. Рівняння Менделєєва-Клапейрона (pV = RT) для благаючи реального газу переходить в рівняння Ван-дер-Ваальса:
(P + a / V2) · (Vb) = RT.
рідкий стан
У рідкому стані молекули дуже близько розташовані один до одного і тому досить великі сили міжмолекулярної взаємодії. Разом з тим тепловий рух молекул призводить до їх хаотичного руху і цим рідина нагадує газ. Якщо між молекулами рідини можуть утворюватися водневі зв'язки, то поряд з мономірними молекулами в рідині можу з'явитися димерні, тримерного і т.д. Величину міжмолекулярної взаємодії в рідкому стані можна оцінити по тій енергії (теплоти випаровування), яку потрібно затратити, щоб 1 моль рідини перевести в пар. За температури кипіння і величиною мольной теплоти випаровування можна судити і про величину водневих зв'язків, якщо для молекул даної речовини вони можливі.
тверде стан
Розрізняють аморфне і кристалічний стан твердої речовини. Прикладом аморфних речовин є скло, смола, багато полімери. Більшість речовин в твердому стані мають строго впорядковану структуру і їх молекули утворюють в просторі правильні кристалічні решітки
інші статті:
- Агрегатні стан речовини
- Будова атома - розвиток моделей
- Квантова механіка і будова атома водню
- Електронні конфігурації атомів і періодичний закон
- Ядра атомів. Радіоактивність і ізотопи
- Будова молекул. Типи хімічного зв'язку
- Квантова механіка молекул і теорія хімічного зв'язку. Метод молекулярних орбіталей. Теорія спін-валентності
- Окислювально-відновні реакції
- Хімічна термодинаміка
- Хімічна кінетика і каталіз
- Хімічна рівновага. Оборотні та необоротні реакції
- Електрохімія. Властивості електролітів. електроліз