Что такое материя'?
«Материя» — это все, что занимает пространство (имеет объем) и имеет массу. Он составляет все во вселенной в той или иной форме; это все во вселенной. Из него состоит наша планета и вся Вселенная.
На Земле вся материя существует в одном из трех различных состояний: твердом, жидком или газообразном.
Знаете ли вы, что люди состоят из всех трех основных состояний материи?
Состояние, в котором вещество существует при комнатной температуре, называется его стандартным состоянием. Например, при комнатной температуре вода существует в жидком состоянии. Некоторые вещества существуют в виде газов при комнатной температуре (кислород и углекислый газ), а другие, например вода, существуют в виде жидкостей. Большинство металлов существуют в твердом состоянии при комнатной температуре. Ртуть обладает интересными свойствами: в своем стандартном состоянии она является одновременно металлом и жидкостью.
Каждое из этих состояний состоит из мельчайших частиц. Состояние вещества зависит от количества частиц, из которых оно состоит.
Твердый
Что-то обычно называют твердым, если оно может сохранять собственную форму и его трудно сжимать. Например, вода в твердом виде – это лед. В твердом теле молекулы плотно упакованы вместе и имеют высокую плотность.
Жидкость
Жидкость, подобная воде, может течь или течь, но ее нельзя растягивать или сжимать. В жидкостях молекулы расположены особенно близко друг к другу, но не так близко, как в твердом веществе; Молекулы обладают способностью перемещаться и скользить мимо друг друга. Жидкое вещество не имеет собственной формы, оно принимает форму сосуда, в котором находится. Примерами жидкости являются вода, молоко, сок, бензин, лимонад и т. д.
Газ
Газ может течь, расширяться и сжиматься. Вода в газообразном состоянии – это пар. Если он находится в незапечатанном контейнере, он улетучивается. В газах молекулы гораздо более разбросаны, чем в твердых телах или жидкостях, и они сталкиваются друг с другом случайным образом. Газ заполнит любой контейнер, но если контейнер не герметичен, газ выйдет наружу. Газ сжимается гораздо легче, чем жидкость или твердое вещество.
Изменение состояний материи
Вещество может существовать в твердом, жидком или газообразном состоянии, и состояние, в котором находится вещество, во многом определяется его температурой. Каждое вещество имеет уникальную пороговую температуру, после которой оно меняет свое состояние. После того, как эта пороговая температура будет преодолена, вещество изменит свою фазу, изменив тем самым состояние вещества. В условиях постоянного давления температура является основным фактором, определяющим фазу вещества.
В зависимости от температуры вещество может менять состояние. Плавление, замораживание, кипение, испарение, конденсация, сублимация и осаждение — это способы изменения состояния материала.
При низких температурах движение молекул уменьшается и вещества имеют меньшую внутреннюю энергию. Молекулы переходят в состояния с низкой энергией относительно друг друга и очень мало двигаются, что характерно для твердого вещества. При повышении температуры к составным частям твердого тела прикладывается дополнительная тепловая энергия, что вызывает дополнительное молекулярное движение. Молекулы начинают давить друг на друга и общий объём вещества увеличивается. В этот момент вещество перешло в жидкое состояние. Газообразное состояние существует, когда молекулы поглотили так много тепловой энергии из-за повышенных температур, что они могут свободно перемещаться друг вокруг друга на высоких скоростях.
Если давление постоянно, то состояние вещества будет полностью зависеть от температуры, которой оно подвергается. По этой причине лед тает, если его вынуть из морозильной камеры, а вода выкипает из кастрюли, если ее слишком долго оставить при слишком высокой температуре. Температура — это просто измерение количества тепловой энергии, присутствующей в окружающей среде. Когда вещество помещается в среду с другой температурой, происходит теплообмен между веществом и окружающей средой, в результате чего оба вещества достигают равновесной температуры. Поэтому, когда кубик льда подвергается воздействию тепла, его молекулы воды поглощают тепловую энергию из окружающей атмосферы и начинают двигаться более энергично, заставляя водяной лед таять в жидкую воду.
Плавление – это процесс превращения твердого тела в жидкость. Когда твердое тело нагревается, частицам передается больше энергии, и они начинают вибрировать быстрее. При определенной температуре частицы вибрируют настолько сильно, что их упорядоченная структура разрушается. В этот момент твердое вещество превращается в жидкость. Температура, при которой происходит переход от твердого состояния к жидкому, называется температурой плавления. Каждое твердое вещество имеет определенную температуру плавления при нормальном давлении воздуха. При более низком давлении воздуха, например, в горах, температура плавления снижается.
Испарение – это процесс превращения жидкости в газ. Если вы оставите немного воды в емкости с широким горлышком, вы заметите, что через некоторое время часть воды исчезнет. Жидкая вода переходит в газ (водяные пары) – это испарение. Это происходит, когда жидкость превращается в газ при температуре намного ниже точки кипения. В жидкости всегда есть частицы, у которых достаточно энергии, чтобы вырваться из остальных и превратиться в газ.
Конденсация – это процесс превращения газа в жидкость. Например, пары воды в воздухе остывают и превращаются в крошечные капли жидкой воды (росы) на листьях и окнах утром после холодной ночи. Более холодные объекты часто поглощают энергию более горячих объектов.
Замерзание – это процесс превращения жидкости в твердое вещество. Это противоположность плавлению. Например, лава — это жидкая порода, которая извергается через вулкан при температуре до 1500 ° C (2732 ° F). Однако раскаленная лава остывает при встрече с поверхностью Земли и снова превращается в твердую породу.
Кипение . Когда жидкость нагревается, частицам передается больше энергии. Они начинают двигаться быстрее и дальше друг от друга. При определенной температуре частицы отрываются друг от друга и жидкость превращается в газ. Это точка кипения. Температура кипения вещества всегда одинакова; оно не меняется. Например, вода закипает, когда достигает температуры кипения 100°C (212°F). Это температура, при которой вода превращается в пар. Пар — невидимый газ. Когда он достигает крышки, он снова остывает до жидкого состояния.
Сублимация – это превращение твердого вещества в газ без его превращения в жидкость. Простейшим примером сублимации может быть сухой лед. Сухой лед представляет собой твердый углекислый газ (CO2). Удивительно, но когда вы оставляете сухой лед в комнате, он просто превращается в газ, но не становится жидким. Вы когда-нибудь слышали о жидком углекислом газе? Это можно сделать, но не в обычных ситуациях. Уголь — еще один пример соединения, которое не плавится при нормальном атмосферном давлении. Он сублимируется при очень высоких температурах.
Осаждение – это превращение газа в твердое вещество. Это происходит, когда газ переходит в твердое состояние, минуя жидкое состояние вещества. Ближе к полюсам зимним утром можно увидеть иней. Эти маленькие кристаллы инея на растениях образуются, когда водяной пар из воздуха затвердевает на листьях растений.
Химические изменения против физических изменений
Важно понимать разницу между химическими и физическими изменениями. Физические изменения обычно связаны с физическим состоянием материи, а химические изменения происходят, когда молекулярные связи разрываются или создаются во время химической реакции. Химические изменения происходят на молекулярном уровне.
Никаких изменений в молекулах
Растягивание резинки, наполнение воздушного шара воздухом или раздавливание банки — все это примеры физических изменений. Это изменения только формы предметов. Никаких изменений в состоянии вещества не происходит, поскольку энергия на молекулярном уровне не изменилась. При физических изменениях в молекулах не происходит никаких изменений, молекулы остаются прежними, без создания или разрыва новых химических связей.
Точно так же таяние кубиков льда, кипение или замерзание жидкой воды — все это физические изменения, вызывающие добавление энергии. Изменения в фазе или состоянии вещества, т.е. из твердого в жидкость, из жидкости в газ, из жидкости в твердое тело, — все это физические изменения. Физические действия, такие как изменение температуры или давления, могут вызвать физические изменения. Например, при таянии льда или замерзании жидкой воды не происходит никаких химических изменений, молекулы воды остаются молекулами воды.
Изменение молекул
Химические изменения происходят в гораздо меньших масштабах. Хотя некоторые эксперименты показывают очевидные химические изменения, такие как изменение цвета, большинство химических изменений невидимы. Химическое изменение, когда перекись водорода (H2O2) превращается в воду, невозможно увидеть, поскольку обе жидкости прозрачны. Однако за кулисами создаются и разрушаются миллиарды химических связей. Когда перекись водорода превращается в воду, можно увидеть пузырьки газообразного кислорода (O2). Эти пузырьки являются свидетельством химических изменений.
Растапливание кубика сахара — это физическое изменение, поскольку это вещество по-прежнему остается сахаром. Сжигание кубика сахара – химическое изменение. Огонь активирует химическую реакцию между сахаром и кислородом. Кислород воздуха вступает в реакцию с сахаром, и химические связи разрываются.
Когда железо подвергается воздействию газообразного кислорода воздуха, железо ржавеет. Этот процесс можно наблюдать в течение длительного периода времени. Молекулы меняют свою структуру по мере окисления железа, в конечном итоге превращаясь в оксид железа. Ржавые трубы в заброшенных зданиях — реальный пример процесса окисления.
Изменения могут быть обратимыми и необратимыми
Обратимое изменение — это изменение, которое можно снова изменить. Например, если кубик льда тает, он становится водой, но мы можем снова заморозить его, чтобы он стал кубиком льда и вернулся в исходное состояние. Плавление и нагревание являются примерами обратимых изменений.
Необратимое изменение – это изменение, которое невозможно вернуть обратно. Например, если смесь для торта испечь, она станет тортом, и мы не сможем превратить ее обратно в смесь. Изменение необратимо, поскольку произошла химическая реакция. Сжигание или смешивание жидкости с бикарбонатом соды является примером необратимых изменений.
Краткий обзор некоторых терминов и связанных с ними фазовых изменений:
Плавление/плавление – переход от твердого состояния к жидкому.
Замораживание – от жидкого до твердого состояния
Испарение/кипение – жидкость в газ.
Конденсация – газ в жидкость
Сублимация – из твердого состояния в газ.
Осаждение – газ в твердое тело
