Алкохолите се образуват в твърдо агрегатно състояние. Open Library - отворена библиотека с образователна информация. Алкохолите са киселини

“Алкохоли” От историята  Знаете ли, че още през 4в. пр.н.е д. хората знаеха ли как да правят напитки, съдържащи етилов алкохол? Виното се произвежда чрез ферментация на сокове от плодове и горски плодове. Те обаче се научили да извличат опияняващия компонент от него много по-късно. През 11 век алхимиците са уловили изпарения на летливо вещество, което се отделя при нагряване на виното. Определение Алкохолите (остарели алкохоли) са органични съединения, съдържащи една или повече хидроксилни групи (хидроксил, ОН), директно свързани с въглеродния атом във въглеводородния радикал  Общата формула на алкохоли е CxHy(OH) n Обща формула на едновалентни наситени алкохоли CnH2n+1OH Класификация на алкохолите По броя на хидроксилните групи CxHy(OH)n Едновалентни алкохоли CH3 - CH2 - CH2 OH Двувалентни гликоли CH3 - CH - CH2 OH OH Триатомни глицероли CH2 - CH - CH2 OH OH OH Класификация на алкохолите По естеството на въглеводорода въглеводороден радикал радикал CxHy(OH)n CxHy(OH)n Гранична граница CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Ненаситен Ненаситен CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Ароматен Ароматен CH CH2 OH 2 --OH Номенклатура на алкохолите Погледнете таблицата и направете заключение относно номенклатурата на алкохолите НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРНОСТ Когато образувате имената на алкохолите, a (общо ) суфиксът се добавя към името на въглеводорода, съответстващ на алкохола. Цифрите след наставката показват позицията на хидроксилната група в главната верига: H | H- C – O H | H метанол H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H пропанол-1 H H H | 1 | 2 |3 H - C – C – C -H | | | H OH H пропанол -2 ВИДОВЕ ИЗОМЕРНОСТ 1. Изомерия на позицията на функционалната група (пропанол–1 и пропанол–2) 2. Изомерия на въглеродния скелет CH3-CH2-CH2-CH2-OH бутанол-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-метилпропанол-1 3. Междукласова изомерия - алкохолите са изомерни на етери: CH3-CH2-OH етанол CH3-O-CH3 диметилов етер Заключение  Имената на едновалентните алкохоли се образуват от името на въглеводорода с най-дълга въглеродна верига съдържащи хидроксилна група чрез добавяне на наставка -ol  За многовалентни алкохоли, преди наставката -ol на гръцки (-di-, -tri-, ...) се посочва броят на хидроксилните групи  Например: CH3-CH2-OH етанол Видове изомерия на алкохолите Структурна 1. Въглеродна верига 2. Позиции на функционалната група ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА  Нисшите алкохоли (C1-C11) са летливи течности с остра миризма  Висшите алкохоли (C12- и по-високи) са твърди вещества с приятна миризма ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА Име Формула Пл. g/cm3 tpl.C tкип.C Метил CH3OH 0,792 -97 64 Етил C2H5OH 0,790 -114 78 Пропил CH3CH2CH2OH 0,804 -120 92 Изопропил CH3-CH(OH)-CH3 0,786 -88 82 Бутил CH3CH2CH2CH2OH 0, 81 0 -90 118 Характеристики на физичните свойства: състояние на агрегация Метилов алкохол (първият представител на хомоложната серия от алкохоли) е течност. Може би има високо молекулно тегло? Не. Много по-малко от въглеродния диоксид. Тогава какво е? R – O … H – O … H – O H R R Оказва се, че всичко се дължи на водородните връзки, които се образуват между молекулите на алкохола и пречат на отделните молекули да отлетят. Характеристика на физичните свойства: разтворимост във вода алкохолите са неразтворими. Защо? CH3 – O…H – O…N – O N H CH3 Ами ако радикалът е голям? CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – O ... H – O H H Водородните връзки са твърде слаби, за да задържат молекула алкохол, която има голяма неразтворима част, между водните молекули Характеристика на физичните свойства: свиване Защо никога не се използва обем, когато решаване на изчислителни задачи, но само по маса? Смесете 500 ml алкохол и 500 ml вода. Получаваме 930 ml разтвор. Водородните връзки между молекулите на алкохола и водата са толкова силни, че общият обем на разтвора намалява, неговата „компресия“ (от латински contraktio - компресия). Някои представители на алкохолите Едновалентен алкохол - метанол  Безцветна течност с точка на кипене 64С, характерна миризма По-лека от водата. Гори с безцветен пламък.  Използва се като разтворител и гориво в двигатели с вътрешно горене Метанолът е отрова  Токсичният ефект на метанола се основава на увреждане на нервната и съдовата система. Поглъщането на 5-10 ml метанол води до тежко отравяне, а 30 ml и повече води до смърт. По-лек от вода. Смесва се с нея във всяка връзка. Лесно запалим, гори със слабо светещ синкав пламък. Приятелство с КАТ Приятели ли са алкохолиците с КАТ? Но как! Случвало ли ви се е да ви спира инспектор от КАТ? Дишали ли сте някога в тръба? Ако нямате късмет, тогава протича реакция на окисление на алкохола, по време на която цветът се променя и трябва да платите глоба. Интересен въпрос. Алкохолът е ксенобиотик – вещества, които не се намират в човешкото тяло, но влияят на жизнените му функции. Всичко зависи от дозата. 1. Алкохолът е хранително вещество, което осигурява на тялото енергия. През Средновековието тялото е получавало около 25% от енергията си чрез консумация на алкохол; 2. Алкохолът е лекарство, което има дезинфекциращо и антибактериално действие; 3. Алкохолът е отрова, която нарушава естествените биологични процеси, разрушава вътрешните органи и психиката и при прекомерна консумация води до смърт  Етиловият алкохол се използва при приготвянето на различни алкохолни напитки;  В медицината за приготвяне на екстракти от лечебни растения, както и за дезинфекция;  В козметиката и парфюмерията етанолът е разтворител на парфюми и лосиони. Вредно действие на етанола  В началото на интоксикацията страдат структурите на мозъчната кора; активността на мозъчните центрове, които контролират поведението, се потиска: рационалният контрол върху действията се губи и критичното отношение към себе си намалява. И. П. Павлов нарече това състояние „бунт на подкорието“  При много високо съдържание на алкохол в кръвта, активността на двигателните центрове на мозъка се инхибира, функцията на малкия мозък е засегната главно - човек напълно губи ориентация Вреден ефектите на етанола  Промените в структурата на мозъка, причинени от дългогодишна алкохолна интоксикация, почти са необратими и дори след продължително въздържане от пиене на алкохол, те продължават. Ако човек не може да спре, тогава се увеличават органичните и следователно психическите отклонения от нормата. Вредните ефекти на етанола  Алкохолът има изключително неблагоприятно въздействие върху кръвоносните съдове на мозъка. В началото на интоксикацията те се разширяват, кръвотокът в тях се забавя, което води до задръствания в мозъка. Тогава, когато освен алкохола, в кръвта започват да се натрупват вредни продукти от непълното му разграждане, настъпва рязък спазъм, вазоконстрикция и се развиват опасни усложнения като мозъчни инсулти, водещи до тежка инвалидност и дори смърт. ВЪПРОСИ ЗА ПРЕГЛЕД 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Единият съд без етикет съдържа вода, а другият съдържа алкохол. Възможно ли е да се използва индикатор за разпознаването им? На кого принадлежи честта да получи чист алкохол? Може ли алкохолът да бъде твърдо вещество? Молекулното тегло на метанола е 32, а на въглеродния диоксид е 44. Направете заключение за агрегатното състояние на алкохола. Смесете литър алкохол и литър вода. Определете обема на сместа. Как да измамим инспектор на КАТ? Може ли безводният абсолютен алкохол да отделя вода? Какво представляват ксенобиотиците и какво е отношението им към алкохолите? ОТГОВОРИ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Невъзможно е. Индикаторите не оказват влияние върху алкохолите и техните водни разтвори. Разбира се, алхимици. Може би, ако този алкохол съдържа 12 въглеродни атома или повече. От тези данни не може да се направи заключение. Водородните връзки между алкохолните молекули, предвид ниското молекулно тегло на тези молекули, правят точката на кипене на алкохола необичайно висока. Обемът на сместа няма да бъде два литра, а много по-малък, приблизително 1 литър - 860 ml. Не пийте, докато шофирате. Може ако го загрееш и добавиш конц. сярна киселина. Не бъдете мързеливи и запомнете всичко, което сте чували за алкохола, решете сами веднъж завинаги каква е вашата доза……. и изобщо има ли нужда????? Многовалентен алкохол етиленгликол  Етиленгликолът е представител на наситените двувалентни алкохоли – гликоли;  Името гликоли е дадено поради сладкия вкус на много представители от поредицата (на гръцки „glycos” - сладък);  Етиленгликолът е сиропообразна течност със сладък вкус, без мирис и отровна. Смесва се добре с вода и алкохол, хигроскопичен. Приложение на етиленгликола  Важно свойство на етиленгликола е способността да понижава точката на замръзване на водата, поради което веществото се използва широко като компонент на автомобилни антифризи и антифризни течности;  Използва се за производство на лавсан (ценно синтетично влакно) Етиленгликолът е отрова  Дозите, причиняващи смъртоносно отравяне с етиленгликол варират в широки граници – от 100 до 600 ml. Според редица автори смъртоносната доза за човека е 50-150 мл. Смъртността поради етилен гликол е много висока и представлява повече от 60% от всички случаи на отравяне;  Механизмът на токсичния ефект на етиленгликола не е достатъчно проучен досега. Етиленгликолът се абсорбира бързо (включително през порите на кожата) и циркулира в кръвта непроменен в продължение на няколко часа, достигайки максималната си концентрация след 2-5 часа. След това съдържанието му в кръвта постепенно намалява и той се фиксира в тъканите Многовалентен алкохол глицерин  Глицеринът е тривалентен наситен алкохол. Безцветна, вискозна, хигроскопична течност със сладък вкус. Смесва се с вода във всяко съотношение, добър разтворител. Реагира с азотна киселина, за да образува нитроглицерин. С карбоксилните киселини образува мазнини и масла CH2 – CH – CH2 OH OH OH Приложения на глицерина  Използва се при     производство на нитроглицеринови експлозиви; При обработка на кожа; Като компонент на някои лепила; При производството на пластмаси глицеринът се използва като пластификатор; При производството на сладкарски изделия и напитки (като хранителна добавка E422) Качествена реакция към многовалентни алкохоли Качествена реакция към поливалентни алкохоли  Реакцията към поливалентни алкохоли е взаимодействието им с прясно получена утайка от меден (II) хидроксид, който се разтваря и образува ярко синьо-виолетов разтвор Задачи Попълнете работна карта към урока;  Отговорете на въпросите от теста;  Решете кръстословицата  Работен лист към урока „Алкохоли”  Обща формула на алкохолите Назовете веществата:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH)  Напишете структурната формула на пропанол-2  Какво е определението за атомност на алкохола?  Избройте приложенията на етанола  Какви алкохоли се използват в хранително-вкусовата промишленост?  Какъв алкохол причинява смъртоносно отравяне, когато 30 ml попаднат в тялото?  Какво вещество се използва като антифриз?  Как да различим многовалентен алкохол от едновалентен алкохол? Методи за получаване Лабораторни  Хидролиза на халоалкани: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Хидратиране на алкени: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Хидрогениране на карбонилни съединения Промишлени  Синтез на метанол от синтезен газ CO+2H2 CH3-OH (при повишено налягане, висока температура и цинков оксиден катализатор)  Хидратация на алкени  Ферментация на глюкоза: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Химични свойства I. Реакции с разкъсване на връзката RO–H  Алкохолите реагират с алкални и алкалоземни метали, образувайки солеподобни съединения - алкохолати 2СH CH CH OH + 2Na  2CH CH CH ONa + H  2CH CH OH + Ca  (CH CH O) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2  Взаимодействие с органични киселини (реакция на естерификация) води до образуването на естери. CH COОH + HOC H  CH COОC H (етилацетат (етилацетат)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Реакции, включващи разкъсване на връзката R–OH с халогеноводороди: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Реакции на окисление Алкохолите изгарят: 2С3H7ОH + 9O2  6СO2 + 8H2O Под действието на окислители:  първичните алкохоли се превръщат в алдехиди, вторичните алкохоли в кетони IV. Дехидратация Настъпва при нагряване с реагенти за отстраняване на вода (конц. H2SO4). 1. Вътрешномолекулната дехидратация води до образуването на алкени CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. Междумолекулната дехидратация дава етери R-OH + H-O–R  R–O–R(етер) + H2O

Лекция 4. Агрегатни състояния на материята

1. Твърдо агрегатно състояние.

2. Течно агрегатно състояние.

3. Газообразно агрегатно състояние.

Веществата могат да бъдат в три агрегатни състояния: твърдо, течно и газообразно. При много високи температури се появява вид газообразно състояние - плазма (плазмено състояние).

1. Твърдото състояние на материята се характеризира с това, че енергията на взаимодействие между частиците е по-висока от кинетичната енергия на тяхното движение. Повечето вещества в твърдо състояние имат кристална структура. Всяко вещество образува кристали с определена форма. Например, натриевият хлорид има кристали под формата на кубчета, стипцата е под формата на октаедри, а натриевият нитрат е под формата на призми.

Кристалната форма на веществото е най-стабилна. Подреждането на частиците в твърдо тяло е изобразено под формата на решетка, в чиито възли има определени частици, свързани с въображаеми линии. Има четири основни вида кристални решетки: атомни, молекулярни, йонни и метални.

Атомна кристална решеткаобразувани от неутрални атоми, които са свързани с ковалентни връзки (диамант, графит, силиций). Молекулярна кристална решеткаимат нафталин, захароза, глюкоза. Структурните елементи на тази решетка са полярни и неполярни молекули. Йонна кристална решеткаобразувани от положително и отрицателно заредени йони (натриев хлорид, калиев хлорид), редовно редуващи се в пространството. Всички метали имат метална кристална решетка. Възлите му съдържат положително заредени йони, между които има електрони в свободно състояние.

Кристалните вещества имат редица характеристики. Една от тях е анизотропията - несходството на физичните свойства на кристала в различни посоки вътре в кристала.

2. В течното състояние на веществото енергията на междумолекулното взаимодействие на частиците е съизмерима с кинетичната енергия на тяхното движение. Това състояние е междинно между газообразно и кристално. За разлика от газовете, между течните молекули действат големи сили на взаимно привличане, което определя естеството на молекулярното движение. Топлинното движение на течна молекула включва вибрационно и транслационно. Всяка молекула се колебае около определена равновесна точка за известно време, след което се движи и отново заема равновесно положение. Това определя неговата течливост. Силите на междумолекулно привличане пречат на молекулите да се отдалечат една от друга, когато се движат.

Свойствата на течностите също зависят от обема на молекулите и формата на тяхната повърхност. Ако молекулите на течността са полярни, тогава те се комбинират (асоциират) в сложен комплекс. Такива течности се наричат ​​свързани (вода, ацетон, алкохол). Οʜᴎ имат по-висок t kip, имат по-ниска летливост и по-висока диелектрична константа.

Както знаете, течностите имат повърхностно напрежение. Повърхностно напрежение- ϶ᴛᴏ повърхностна енергия на единица повърхност: ϭ = E/S, където ϭ е повърхностно напрежение; E – повърхностна енергия; S – площ на повърхността. Колкото по-силни са междумолекулните връзки в течността, толкова по-голямо е нейното повърхностно напрежение. Веществата, които намаляват повърхностното напрежение, се наричат ​​повърхностно активни вещества.

Друго свойство на течностите е вискозитетът. Вискозитетът е съпротивлението, което възниква, когато някои слоеве на течност се движат спрямо други, когато се движи. Някои течности имат висок вискозитет (мед, мала), докато други имат нисък вискозитет (вода, етилов алкохол).

3. В газообразно състояние на веществото енергията на междумолекулното взаимодействие на частиците е по-малка от тяхната кинетична енергия. Поради тази причина газовите молекули не се задържат заедно, а се движат свободно в обема. Газовете се характеризират със следните свойства: 1) равномерно разпределение в целия обем на съда, в който се намират; 2) ниска плътност в сравнение с течности и твърди вещества; 3) лесна свиваемост.

В газ молекулите са разположени на много голямо разстояние една от друга, силите на привличане между тях са малки. При големи разстояния между молекулите тези сили практически липсват. Газ в това състояние обикновено се нарича идеален. Реалните газове при високи налягания и ниски температури не се подчиняват на уравнението на състоянието на идеален газ (уравнение на Менделеев-Клапейрон), тъй като при тези условия започват да се появяват сили на взаимодействие между молекулите.

Презентация на тема "Алкохоли" по химия във формат powerpoint. Презентацията за ученици съдържа 12 слайда, които от химическа гледна точка говорят за алкохоли, техните физични свойства и реакции с халогеноводороди.

Фрагменти от презентацията

От историята

Знаете ли, че още през 4в. пр.н.е д. хората знаеха ли как да правят напитки, съдържащи етилов алкохол? Виното се произвежда чрез ферментация на сокове от плодове и горски плодове. Те обаче се научили да извличат опияняващия компонент от него много по-късно. През 11 век алхимиците са открили изпарения от летливо вещество, което се отделя при нагряване на виното.

Физични свойства

• Нисшите алкохоли са течности, които са силно разтворими във вода, без цвят и мирис.
• Висшите алкохоли са твърди вещества, неразтворими във вода.

Характеристика на физичните свойства: състояние на агрегиране

• Метиловият алкохол (първият представител на хомоложната серия алкохоли) е течност. Може би има високо молекулно тегло? Не. Много по-малко от въглеродния диоксид. Тогава какво е?
• Оказва се, че целият смисъл е във водородните връзки, които се образуват между молекулите на алкохола и не позволяват на отделните молекули да отлетят.

Характеристика на физичните свойства: разтворимост във вода

• Нисшите алкохоли са разтворими във вода, висшите алкохоли са неразтворими. Защо?
• Водородните връзки са твърде слаби, за да задържат молекулата на алкохола, която има голяма неразтворима част, между водните молекули.

Характеристика на физическите свойства: свиване

• Защо хората никога не използват обем, а само маса, когато решават изчислителни задачи?
• Смесете 500 ml алкохол и 500 ml вода. Получаваме 930 ml разтвор. Водородните връзки между молекулите на алкохола и водата са толкова силни, че общият обем на разтвора намалява, неговата „компресия“ (от латински contraktio - компресия).

Алкохолите киселини ли са?

• Алкохолите реагират с алкални метали. В този случай водородният атом на хидроксилната група се заменя с метал. Прилича на киселина.
• Но киселинните свойства на алкохолите са твърде слаби, толкова слаби, че алкохолите не влияят на показателите.

Приятелство с КАТ.

• Приятелски ли са алкохолиците с КАТ? Но как!
• Случвало ли ви се е да ви спира инспектор от КАТ? Дишали ли сте някога в тръба?
• Ако нямате късмет, алкохолът претърпява окислителна реакция, което води до промяна на цвета и трябва да платите глоба.

Даваме вода 1

Отстраняване на вода - дехидратацията може да бъде вътрешномолекулна, ако температурата е над 140 градуса. Това изисква катализатор - концентрирана сярна киселина.

Върни вода 2

Ако температурата се намали и катализаторът остане същият, тогава ще настъпи междумолекулна дехидратация.

Реакция с халогеноводороди.

Тази реакция е обратима и изисква катализатор - концентрирана сярна киселина.

Да бъдеш приятел или да не бъдеш приятел с алкохола.

Интересен въпрос. Алкохолът е ксенобиотик – вещества, които не се намират в човешкото тяло, но влияят на жизнените му функции. Всичко зависи от дозата.

1. алкохоле хранително вещество, което осигурява на тялото енергия. През Средновековието тялото е получавало около 25% от енергията си чрез консумация на алкохол.
2. Алкохолът е лекарство, което има дезинфекциращо и антибактериално действие.
3. Алкохолът е отрова, която нарушава естествените биологични процеси, разрушава вътрешните органи и психиката и води до смърт при прекомерна консумация.

Всички вещества могат да бъдат в различно агрегатно състояние – твърдо, течно, газообразно и плазмено. В древността се е смятало, че светът се състои от земя, вода, въздух и огън. На това визуално разделение съответстват агрегатните състояния на веществата. Опитът показва, че границите между агрегатните състояния са много произволни. Газовете при ниско налягане и ниски температури се считат за идеални; молекулите в тях съответстват на материални точки, които могат да се сблъскат само според законите на еластичния удар. Силите на взаимодействие между молекулите в момента на удара са незначителни, а самите сблъсъци се случват без загуба на механична енергия. Но тъй като разстоянието между молекулите се увеличава, трябва да се вземе предвид и взаимодействието на молекулите. Тези взаимодействия започват да влияят на прехода от газообразно състояние към течност или твърдо състояние. Между молекулите могат да възникнат различни видове взаимодействия.

Силите на междумолекулно взаимодействие не са наситени, различни от силите на химично взаимодействие на атомите, което води до образуването на молекули. Те могат да бъдат електростатични поради взаимодействия между заредени частици. Опитът показва, че квантово-механичното взаимодействие, което зависи от разстоянието и взаимната ориентация на молекулите, е незначително при разстояния между молекулите над 10 -9 m в разредените газове може да се пренебрегне или да се приеме, че потенциалната енергия на взаимодействие на практика е равен на нула. На къси разстояния тази енергия е малка и действат взаимни сили на привличане

при - взаимно отблъскване и сила

привличането и отблъскването на молекулите са балансирани и F= 0. Тук силите се определят от връзката им с потенциалната енергия, но частиците се движат, притежавайки известен запас от кинетична енергия.

gii. Нека една молекула е неподвижна, а друга се сблъсква с нея, имайки такъв запас от енергия. Когато молекулите се приближават една към друга, силите на привличане извършват положителна работа и потенциалната енергия на тяхното взаимодействие намалява до разстояние. В същото време кинетичната енергия (и скоростта) се увеличава. Когато разстоянието стане по-малко, силите на привличане ще бъдат заменени от сили на отблъскване. Работата, извършена от молекулата срещу тези сили, е отрицателна.

Молекулата ще се приближи до неподвижна молекула, докато нейната кинетична енергия се преобразува напълно в потенциална. Минимално разстояние д,разстоянието, на което молекулите могат да се приближат, се нарича ефективен диаметър на молекулата.След спиране молекулата ще започне да се отдалечава под въздействието на отблъскващи сили с нарастваща скорост. След като отново премине разстоянието, молекулата ще попадне в областта на привличащите сили, което ще забави нейното отстраняване. Ефективният диаметър зависи от първоначалния запас от кинетична енергия, т.е. тази стойност не е постоянна. При равни разстояния потенциалната енергия на взаимодействие има безкрайно голяма стойност или „бариера“, която не позволява на центровете на молекулите да се приближат на по-малко разстояние. Съотношението на средната потенциална енергия на взаимодействие към средната кинетична енергия определя състоянието на агрегация на веществото: за газове, за течности, за твърди вещества

Кондензираната материя включва течности и твърди вещества. В тях атомите и молекулите са разположени близо, почти докосващи се. Средното разстояние между центровете на молекулите в течности и твърди вещества е от порядъка на (2 -5) 10 -10 m. Техните плътности също са приблизително еднакви. Междуатомните разстояния надвишават разстоянията, на които електронните облаци проникват един в друг толкова много, че възникват сили на отблъскване. За сравнение, в газовете при нормални условия средното разстояние между молекулите е около 33 10 -10 m.

IN течностимеждумолекулното взаимодействие има по-силен ефект, топлинното движение на молекулите се проявява в слаби вибрации около равновесното положение и дори скача от едно положение в друго. Следователно те имат само ред в къси разстояния в подреждането на частиците, тоест последователност в подреждането само на най-близките частици и характерна течливост.

Твърди веществаТе се характеризират със структурна твърдост, имат точно определен обем и форма, които се променят много по-малко под въздействието на температура и налягане. В твърдите тела са възможни аморфни и кристални състояния. Има и междинни вещества - течни кристали. Но атомите в твърдите вещества изобщо не са неподвижни, както може да се мисли. Всеки от тях се колебае през цялото време под въздействието на еластични сили, възникващи между неговите съседи. Повечето елементи и съединения имат кристална структура под микроскоп.

Така зърната готварска сол изглеждат като идеални кубчета. В кристалите атомите са фиксирани в местата на кристалната решетка и могат да вибрират само близо до местата на решетката. Кристалите представляват истински твърди вещества, а твърдите вещества като пластмаса или асфалт заемат междинна позиция между твърди вещества и течности. Аморфното тяло, подобно на течността, има ред на къси разстояния, но вероятността от скокове е ниска. По този начин стъклото може да се разглежда като свръхохладена течност с повишен вискозитет. Течните кристали имат течливостта на течностите, но запазват подреденото разположение на атомите и имат анизотропия на свойствата.

Химичните връзки на атомите (и около in) в кристалите са същите като в молекулите. Структурата и твърдостта на твърдите тела се определят от разликите в електростатичните сили, които свързват заедно атомите, изграждащи тялото. Механизмът, който свързва атомите в молекули, може да доведе до образуването на твърди периодични структури, които могат да се считат за макромолекули. Подобно на йонните и ковалентните молекули, има йонни и ковалентни кристали. Йонните решетки в кристалите се държат заедно чрез йонни връзки (виж Фиг. 7.1). Структурата на готварската сол е такава, че всеки натриев йон има шест съседа - хлорни йони. Това разпределение съответства на минимална енергия, т.е., когато се образува такава конфигурация, се освобождава максимална енергия. Следователно, когато температурата падне под точката на топене, има тенденция да се образуват чисти кристали. С повишаването на температурата топлинната кинетична енергия е достатъчна, за да разруши връзката, кристалът ще започне да се топи и структурата ще започне да се разпада. Кристалният полиморфизъм е способността да се образуват състояния с различни кристални структури.

Когато разпределението на електрическия заряд в неутралните атоми се промени, могат да възникнат слаби взаимодействия между съседите. Тази връзка се нарича молекулярна или ван дер ваалсова (както в молекулата на водорода). Но силите на електростатично привличане могат да възникнат и между неутралните атоми, тогава не настъпват пренареждания в електронните обвивки на атомите. Взаимното отблъскване, когато електронните обвивки се приближават една към друга, измества центъра на тежестта на отрицателните заряди спрямо положителните. Всеки от атомите индуцира електрически дипол в другия и това води до тяхното привличане. Това е действието на междумолекулните сили или силите на Ван дер Ваалс, които имат голям радиус на действие.

Тъй като водородният атом е толкова малък и неговият електрон може лесно да бъде изместен, той често се привлича към два атома наведнъж, образувайки водородна връзка. Водородното свързване също е отговорно за взаимодействието на водните молекули една с друга. Той обяснява много от уникалните свойства на водата и леда (фиг. 7.4).

Ковалентна връзка(или атомен) се постига поради вътрешното взаимодействие на неутралните атоми. Пример за такава връзка е връзката в молекулата на метана. Силно свързаната разновидност на въглерода е диамантът (четири водородни атома са заменени с четири въглеродни атома).

Така въглеродът, изграден върху ковалентна връзка, образува кристал с формата на диамант. Всеки атом е заобиколен от четири атома, образувайки правилен тетраедър. Но всеки от тях е и връх на съседния тетраедър. При други условия същите въглеродни атоми кристализират в графит.В графита те също са свързани чрез атомни връзки, но образуват равнини от шестоъгълни клетки от пчелна пита, способни на срязване. Разстоянието между атомите, разположени във върховете на хексаедрите, е 0,142 nm. Слоевете са разположени на разстояние 0,335 nm, т.е. са слабо свързани, така че графитът е пластичен и мек (фиг. 7.5). През 1990 г. имаше бум в изследванията, причинен от съобщението за откриването на ново вещество - фулерит,състоящ се от въглеродни молекули - фулерени. Тази форма на въглерод е молекулярна, т.е. Минималният елемент не е атом, а молекула. Наречен е на архитекта Р. Фулър, който през 1954 г. получава патент за изграждане на конструкции от шестоъгълници и петоъгълници, които образуват полукълбо. Молекула от 60 въглеродни атоми с диаметър 0,71 nm е открит през 1985 г., след това са открити молекули и т.н. Всички те имаха стабилни повърхности,

но най-стабилните молекули са C 60 и СЪС 70 . Логично е да се предположи, че графитът се използва като изходен материал за синтеза на фулерени. Ако това е така, тогава радиусът на шестоъгълния фрагмент трябва да бъде 0,37 nm. Но се оказа, че е равна на 0,357 nm. Тази разлика от 2% се дължи на факта, че въглеродните атоми са разположени на сферична повърхност във върховете на 20 правилни хексаедъра, наследени от графита, и 12 правилни пентаедъра, т.е. Дизайнът наподобява футболна топка. Оказва се, че когато са "зашити" в затворена сфера, някои от плоските хексаедри са се превърнали в пентаедри. При стайна температура молекулите C60 кондензират в структура, в която всяка молекула има 12 съседа, разположени на 0,3 nm една от друга. При T= 349 K, възниква фазов преход от първи ред - решетката се пренарежда в кубична. Самият кристал е полупроводник, но когато към кристалния филм C 60 се добави алкален метал, възниква свръхпроводимост при температура от 19 К. Ако един или друг атом се въведе в тази куха молекула, той може да се използва като основа за създаване на носител за съхранение със свръхвисока плътност на информацията: плътността на запис ще достигне 4-10 12 бита/см 2 . За сравнение, филм от феромагнитен материал дава плътност на запис от порядъка на 10 7 бита/см 2, а оптичните дискове, т.е. лазерна технология, - 10 8 бита/см 2. Този въглерод има и други уникални свойства, особено важни в медицината и фармакологията.

Проявява се в метални кристали метална връзка,когато всички атоми в един метал предават своите валентни електрони „за колективна употреба“. Те са слабо свързани с атомните скелети и могат да се движат свободно по кристалната решетка. Около 2/5 от химичните елементи са метали. В металите (с изключение на живака) връзката се образува, когато празните орбитали на металните атоми се припокриват и електроните се отстраняват поради образуването на кристална решетка. Оказва се, че решетъчните катиони са обвити в електронен газ. Метална връзка възниква, когато атомите се събират на разстояние, по-малко от размера на облака от външни електрони. С тази конфигурация (принципа на Паули) енергията на външните електрони се увеличава и съседните ядра започват да привличат тези външни електрони, размивайки електронните облаци, разпределяйки ги равномерно в целия метал и превръщайки ги в електронен газ. Така възникват електроните на проводимостта, които обясняват високата електропроводимост на металите. В йонните и ковалентните кристали външните електрони са практически свързани и проводимостта на тези твърди вещества е много малка, те се наричат изолатори.

Вътрешната енергия на течностите се определя от сумата от вътрешните енергии на макроскопичните подсистеми, на които тя може да бъде мислено разделена, и енергиите на взаимодействие на тези подсистеми. Взаимодействието се осъществява чрез молекулярни сили с радиус на действие от порядъка на 10 -9 m. За макросистемите енергията на взаимодействие е пропорционална на контактната площ, така че е малка, като частта от повърхностния слой, но това. не е необходимо. Нарича се повърхностна енергия и трябва да се вземе предвид при проблеми, свързани с повърхностно напрежение. Обикновено течностите заемат по-голям обем с еднакво тегло, т.е. имат по-ниска плътност. Но защо обемите на леда и бисмута намаляват по време на топенето и дори след точката на топене поддържат тази тенденция за известно време? Оказва се, че тези вещества в течно състояние са по-плътни.

В течност всеки атом се въздейства от своите съседи и той осцилира в анизотропния потенциален кладенец, който те създават. За разлика от твърдото тяло, тази дупка е плитка, тъй като далечните съседи почти нямат влияние. Непосредствената среда на частиците в течността се променя, т.е. течността тече. Когато се достигне определена температура, течността ще заври по време на кипене, температурата остава постоянна. Входящата енергия се изразходва за разрушаване на връзките, а течността, когато е напълно разбита, се превръща в газ.

Плътностите на течностите са много по-големи от плътностите на газовете при същите налягания и температури. Така обемът на водата при кипене е само 1/1600 от обема на същата маса водна пара. Обемът на течността зависи малко от налягането и температурата. При нормални условия (20 °C и налягане 1,013 10 5 Pa) водата заема обем от 1 литър. Когато температурата падне до 10 °C, обемът намалява само с 0,0021, а когато налягането се повиши, намалява наполовина.

Въпреки че все още няма прост идеален модел на течност, нейната микроструктура е достатъчно проучена и дава възможност да се обяснят качествено повечето от нейните макроскопични свойства. Фактът, че в течностите кохезията на молекулите е по-слаба, отколкото в твърдо тяло, е отбелязан от Галилей; Той беше изненадан, че големи капки вода се натрупаха върху зелевите листа, а не се разпространиха върху листа. Разлят живак или капки вода върху мазна повърхност придобиват формата на малки топчета поради залепване. Ако молекули на едно вещество се привличат към молекули на друго вещество, говорим за намокряне,например лепило и дърво, масло и метал (въпреки огромното налягане, маслото се задържа в лагерите). Но водата се издига в тънки тръби, наречени капиляри, и колкото по-тънка е тръбата, толкова по-високо се издига. Не може да има друго обяснение освен ефекта от мокрене на вода и стъкло. Силите на омокряне между стъклото и водата са по-големи, отколкото между водните молекули. При живака ефектът е обратен: овлажняването на живака и стъклото е по-слабо от силите на сцепление между живачните атоми. Галилей забеляза, че игла, намазана с мазнина, може да плува по вода, въпреки че това противоречи на закона на Архимед. Когато иглата изплува, можете

но забележете леко отклонение на повърхността на водата, опитвайки се да се изправи, сякаш. Силите на сцепление между водните молекули са достатъчни, за да предотвратят падането на иглата във водата. Повърхностният слой предпазва водата като филм, това е повърхностно напрежение,която се стреми да придаде формата на водата най-малката повърхност – сферична. Но иглата вече няма да плува на повърхността на алкохола, защото когато алкохолът се добави към водата, повърхностното напрежение намалява и иглата потъва. Сапунът също така намалява повърхностното напрежение, така че горещата сапунена пяна, проникваща в пукнатини и пукнатини, отмива по-добре замърсяванията, особено тези, съдържащи мазнини, докато чистата вода просто би се свила на капчици.

Плазмата е четвъртото състояние на материята, което е газ, съставен от колекция от заредени частици, взаимодействащи на големи разстояния. В този случай броят на положителните и отрицателните заряди е приблизително равен, така че плазмата е електрически неутрална. От четирите елемента плазмата съответства на огъня. За да се трансформира газ в състояние на плазма, той трябва да бъде йонизирам,премахване на електрони от атоми. Йонизацията може да се извърши чрез нагряване, електрически разряд или силно лъчение. Материята във Вселената е предимно в йонизирано състояние. При звездите йонизацията се предизвиква термично, при разредените мъглявини и междузвездния газ - от ултравиолетовото лъчение от звездите. Нашето Слънце също се състои от плазма; неговата радиация йонизира горните слоеве на земната атмосфера, т.нар йоносфера,от състоянието му зависи възможността за радиокомуникация на дълги разстояния. В земни условия плазмата се среща рядко - в луминесцентни лампи или в електрическа заваръчна дъга. В лабораториите и техниката плазмата най-често се получава чрез електрически разряд. В природата мълнията прави това. По време на йонизация чрез разряд възникват електронни лавини, подобно на процеса на верижна реакция. За получаване на термоядрена енергия се използва методът на инжектиране: газовите йони, ускорени до много високи скорости, се инжектират в магнитни капани, привличайки електрони от околната среда, образувайки плазма. Използва се и йонизация под налягане - ударни вълни. Този метод на йонизация се среща в свръхплътни звезди и вероятно в ядрото на Земята.

Всяка сила, действаща върху йони и електрони, предизвиква електрически ток. Ако не е свързан с външни полета и не е затворен вътре в плазмата, той става поляризиран. Плазмата се подчинява на газовите закони, но когато се приложи магнитно поле, което регулира движението на заредени частици, тя проявява свойства, които са напълно необичайни за газ. В силно магнитно поле частиците започват да се въртят около силови линии и се движат свободно по магнитното поле. Те казват, че това спираловидно движение измества структурата на линиите на полето и полето е „замразено“ в плазмата. Разредената плазма се описва от система от частици, докато по-плътната плазма се описва от течен модел.

Високата електрическа проводимост на плазмата е основната й разлика от газа. Проводимостта на студената плазма на слънчевата повърхност (0,8 10 -19 J) достига проводимостта на металите, а при термоядрена температура (1,6 10 -15 J) водородната плазма провежда ток 20 пъти по-добре от медта при нормални условия. Тъй като плазмата е способна да провежда ток, моделът на проводяща течност често се прилага към нея. Счита се за непрекъсната среда, въпреки че нейната свиваемост я отличава от обикновената течност, но тази разлика се появява само в потоци, чиято скорост е по-голяма от скоростта на звука. Поведението на проводящата течност се изучава в наука, наречена магнитна хидродинамика.В космоса всяка плазма е идеален проводник и законите на замръзналото поле имат широко приложение. Моделът на проводяща течност ни позволява да разберем механизма на задържане на плазмата от магнитно поле. По този начин плазмените потоци се излъчват от Слънцето, засягайки земната атмосфера. Самият поток няма магнитно поле, но чуждо поле не може да проникне в него според закона за замръзване. Плазмените слънчеви потоци изтласкват външни междупланетни магнитни полета от околностите на Слънцето. Там, където полето е по-слабо, се появява магнитна кухина. Когато тези корпускулярни плазмени потоци се приближават до Земята, те се сблъскват с магнитното поле на Земята и са принудени да текат около нея по същия закон. Оказва се, че е вид кухина, където се събира магнитното поле и където плазмените потоци не проникват. На нейната повърхност се натрупват заредени частици, открити от ракети и сателити - това е външният радиационен пояс на Земята. Тези идеи бяха използвани и при решаването на проблемите на задържането на плазмата от магнитно поле в специални устройства - токамаци (от съкращението на думите: тороидална камера, магнит). С напълно йонизирана плазма, съдържаща се в тези и други системи, се възлагат надежди за получаване на контролирана термоядрена реакция на Земята. Това би осигурило чист и евтин източник на енергия (морска вода). Работи се и за производство и задържане на плазма с помощта на фокусирано лазерно лъчение.