Глава I.3 Агрегатные состояния веществ

В зависимости от условий (давление, температура) вещество может находиться в одном из трёх агрегатных состояний: газообразном, жидком и твёрдом.

Газообразное состояние. При обычных и нормальных условиях кислород, водород, азот, углекислый газ – это газообразные вещества. Однако при охлаждении или повышении давления газы могут сжижаться, т. е. переходить из газообразного состояния в жидкое, а при дальнейшем охлаждении и повышении давления становиться твёрдыми.  

Так, при нормальных условиях кислород не имеет цвета и запаха, плохо растворим в воде. При температуре –183 °С он превращается в жидкость голубого цвета (рис. 8, а). При температуре –219 °С кислород затвердевает. Твёрдый кислород – вещество синего цвета (рис. 8, б). 

В газах молекулы слабо притягиваются друг к другу, расстояние между частицами очень велико по сравнению с их размерами. Газы не имеют собственной формы и объёма, они занимают весь объём сосуда, в котором находятся. 

Газы сжимаемы. Если уменьшить объём газа, его давление возрастёт, поскольку число столкновений частиц со стенками сосуда увеличится (рис. 9). 

Нагревание газа (при постоянном давлении) ведёт к увеличению его объёма. В этом легко убедиться на опыте. 

Жидкое состояние. В жидкостях взаимодействие между молекулами настолько велико, что не позволяет им свободно отрываться друг от друга и удаляться на большие расстояния.

Поэтому, в отличие от газов, жидкости практически несжимаемы. При обычных условиях жидкостями являются вода, ртуть, этиловый спирт, азотная кислота, ацетон. Жидкости обладают текучестью (рис. 11), поэтому принимают форму сосуда, в котором находятся.

В состоянии невесомости или свободного падения, а также в виде небольших капелек жидкость стремится принять форму шара (рис. 12).

Некоторые частицы жидкости способны преодолевать силы межмолекулярного притяжения, отрываться от её поверхности и превращаться в газ. Этот процесс называют испарением. При увеличении температуры число таких частиц становится всё больше, испарение – интенсивнее. И наконец, при определённой температуре жидкость закипает. Эта температура называется температурой кипения.

Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Например, при нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 100 °С, ацетон – при 56 °С, уксусная кислота – при 118 °С.

При охлаждении жидкости её молекулы всё меньше перемещаются в пространстве и при некоторой температуре занимают определённые положения относительно друг друга. Этот процесс называют кристаллизацией: вещество из жидкого состояния переходит в твёрдое. Например, при охлаждении до 0 °С вода превращается в лёд.

Твёрдое состояние. Твёрдые тела сохраняют свои форму и объём. Это объясняется тем, что частицы, образующие твёрдое тело, сохраняют своё взаимное положение относительно друг друга и перестают свободно перемещаться, а могут совершать лишь небольшие колебания.

При обычных условиях твёрдыми веществами являются поваренная соль, железо, сахар, сера и др.

При нагревании частицы твёрдого вещества колеблются всё сильнее, и при определённой температуре – температуре плавления – наблюдается переход вещества из твёрдого агрегатного состояния в жидкое – плавление.

Некоторые вещества способны переходить из твёрдого агрегатного состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Этот процесс называют сублимацией или возгонкой. Возгонка характерна, например, для иода, который при обычных условиях не имеет жидкого агрегатного состояния (медицинский иод – это спиртовой раствор). Поддаётся возгонке вода, поэтому бельё после стирки можно высушить на морозе.

Обратное явление – превращение газообразного вещества в твёрдое – носит название десублимация. Примером десублимации можно считать образование инея: водяной пар, содержащийся в атмосфере, превращается в кристаллики льда, которые оседают на холодных ветвях деревьев и проводах.

Сформулируем выводы. В зависимости от условий вещество может находиться в любом из трёх агрегатных состояний. Из одного агрегатного состояния оно может переходить в другое: газ (пар) – в жидкость (конденсация), жидкость – в газ (испарение), жидкость – в твёрдое состояние (кристаллизация), твёрдое вещество – в жидкость (плавление), твёрдое вещество – в газ (сублимация, или возгонка), газ – в твёрдое вещество (десублимация). Эти переходы показаны на схеме 1.

Схема 1

В этом параграфе вы познакомились с явлениями взаимных переходов вещества из одного агрегатного состояния в другое. Само вещество при этом не изменялось. Такие явления называются физическими.