Какие различия в свойства газов и жидкостей

2019

Все, что нас окружает, такие как воздух, еда, вода, растения, животные, транспортные средства, одежда и т. Д., Состоит из материи. Вещество – это совокупность частиц, и все, что имеет массу и занимает пространство. Существует три основных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Состояния вещества происходят из-за изменений в молекулах вещества. Размер и форма твердого объекта являются определенными.

Тем не менее, если мы говорим о двух других состояниях вещества, то есть жидкости и газа, то жидкости текут, принимая форму стакана, и газы диффундируют, чтобы полностью заполнить имеющийся объем. Основное различие между твердым телом, жидкостью и газом заключается в их свойствах, которые мы собираемся обсудить в этой статье.

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	твердый	жидкость	газ
Имея в виду	Твердый относится к форме вещества, которое имеет структурную жесткость и имеет твердую форму, которую нельзя легко изменить.	Жидкость – это вещество, которое свободно течет, имеет определенный объем, но не имеет постоянной формы.	Газ относится к состоянию вещества, не имеет какой-либо формы, но полностью соответствует форме контейнера, в который он помещен.
Форма и Объем	Фиксированная форма и объем.	Нет фиксированной формы, но имеет объем.	Ни определенной формы, ни объема.
энергии	низший	Средняя	Наибольший
сжимаемость	Сложно	Почти сложно	Легко
Расположение молекул	Регулярно и тесно организовано.	Случайно и немного редко устроены.	Случайный и более редкий.
жидкотекучесть	Не может течь	Потоки с более высокого уровня на более низкий.	Протекает во всех направлениях.
Молекулярное движение	Незначительное молекулярное движение	Броуновское молекулярное движение	Свободное, постоянное и случайное молекулярное движение.
Межмолекулярное пространство	Очень меньше	Больше	большой
Межмолекулярное притяжение	максимальная	Средняя	минимальный
Скорость звука	Самый быстрый	Быстрее, чем газ, но медленнее, чем твердый	Самый низкий среди всех
Место хранения	Не нужен контейнер для хранения.	Не может храниться без контейнера.	Необходим закрытый контейнер для хранения.

Определение твердого тела

Под термином «твердый» мы понимаем тип материи, которая имеет жесткую структуру и противостоит изменению ее формы и объема. Частицы твердого тела плотно связаны и хорошо расположены в правильном порядке, что не позволяет частицам свободно перемещаться из одного места в другое. Частицы постоянно вибрируют и крутятся, но движения нет, так как они находятся слишком близко друг к другу.

Как межмолекулярное притяжение максимально в твердых телах, так и потому, что их форма фиксирована, а частицы остаются там, где они установлены. В дополнение к этому сжатие твердого тела очень жесткое, так как пространства между молекулами уже очень меньше.

Определение жидкости

Свободно текучее вещество постоянного объема, имеющее консистенцию, называется жидкостью. Это тип материи, который не имеет своей формы, но принимает форму сосуда, в котором он находится. Он содержит мелкие частицы, которые крепко удерживаются межмолекулярными связями. Одним из уникальных свойств жидкости является поверхностное натяжение, явление, при котором жидкость обладает минимальной площадью поверхности.

Сжатие жидкости практически затруднено из-за меньшего зазора между частицами. Частицы тесно связаны, но не так тесно, как в случае твердого тела. Таким образом, частицы могут двигаться и смешиваться друг с другом.

Определение газа

Газ описывается как состояние вещества, которое свободно распространяется во всех направлениях и заполняет все доступное пространство, независимо от количества. Он состоит из частиц, которые не имеют определенной формы и объема. Частицы могут быть отдельными атомами или элементарными молекулами или составными молекулами.

В газах молекулы слабо удерживаются, и поэтому между молекулами много свободного пространства для свободного и постоянного движения. Благодаря этой характеристике, газ обладает способностью заполнять любой контейнер, а также может быть легко сжат.

Основные различия между твердым веществом, жидкостью и газом

Разница между твердым веществом, жидкостью и газом может быть четко определена по следующим причинам:

Вещество, обладающее структурной жесткостью и имеющее твердую форму, которую трудно изменить, называется твердым веществом. Водоподобная жидкость, которая течет свободно, имеет определенный объем, но не имеет постоянной формы, называется жидкостью. Газ относится к состоянию вещества, не имеет какой-либо формы, но полностью соответствует форме контейнера, в который он помещен.
Хотя твердые вещества имеют определенную форму и объем, жидкости имеют только определенный объем, но не форму, газы не имеют ни формы, ни объема.
Уровень энергии самый высокий в газах, средний в жидкости и самый низкий в твердых веществах.
Сжатие твердых частиц затруднено, жидкости почти несжимаемы, но газы легко сжимаются.
Молекулярное расположение твердых веществ является регулярным и близким, но жидкости имеют неправильное и редкое молекулярное расположение, а газы также имеют случайное и более редкое расположение молекул.
Молекулярное расположение в твердых телах хорошо организовано. Однако в случае жидкостей слои молекул скользят и скользят друг над другом. Напротив, частицы в газах совсем не организованы, из-за чего частицы движутся случайно.
Когда дело доходит до текучести, твердые вещества не могут течь, однако жидкости могут течь, и это также от более высокого уровня до более низкого уровня. В отличие от этого газы текут во всех направлениях.
Пространства между молекулами и кинетической энергией минимальны в твердых телах, средние в жидких и максимальные в газах. Таким образом, движение молекул незначительно в твердых телах, тогда как в жидкостях наблюдается беспорядочное, случайное движение молекул. В отличие от газов, которые имеют свободное, постоянное и случайное движение молекул.
В твердых телах частицы плотно удерживаются сильным межмолекулярным притяжением, хотя в жидкостях притяжение между частицами является промежуточным. В отличие от этого частицы слабо удерживаются, потому что межмолекулярное притяжение слабое.
Скорость звука самая высокая в твердых телах, а скорость немного ниже в жидкостях и минимальная в газах.
Поскольку твердые вещества имеют определенную форму и размер, им не требуется контейнер для хранения. Жидкости нельзя хранить без контейнера. И наоборот, для хранения газов необходим закрытый контейнер.

Изменение в состоянии материи

Вещество меняет свое состояние от одной формы к другой, когда нагревается или охлаждается, что подпадает под физическое изменение. Итак, ниже приведены некоторые процессы, посредством которых состояние вещества может быть изменено:

Плавление : процесс превращения твердого вещества в жидкость.
Замораживание : процесс, который помогает в превращении жидкости в твердое вещество.
Испарение : процесс, используемый для превращения жидкости в газ.
Конденсация : процесс, при котором газ превращается в жидкость.
Сублимация . Когда твердое вещество превращается в газ, оно называется сублимацией.
Описание : процесс, посредством которого газ превращается в твердое вещество.

Заключение

Следовательно, в этой статье мы узнали, что вещество присутствует в трех состояниях: твердое тело, жидкость и газ. Кроме того, состояние вещества являются взаимозаменяемыми, то есть форма может быть изменена путем изменения температуры или давления.

Источник

Естественные науки, включающая химию и физику, обычно рассматриваются как науки, изучающие природу и свойства вещества и энергии в неживых системах. Вещество во Вселенной – атомы, молекулы и ионы, которые составляют все физические тела, все, что имеет массу и занимает пространство. Энергия — это способность вызывать изменения. Энергия не может быть создана или уничтожена; он может быть только сохранена и преобразована из одной формы в другую. Потенциальная энергия — это энергия, хранящаяся в объекте из-за его положения – например, ведро с водой, повешенное над дверью, может упасть. Кинетическая энергия — это энергия, движения, любой объект или частица, находящаяся в движении, обладает кинетической энергией, зависящей от массы и скорости тела. Кинетическая энергия может быть преобразована в другие виды энергии, такие как электрическая энергия и тепловая энергия.

Существует пять известных фаз или состояний вещества: твердое тело, жидкость, газ, плазма и бозе-эйнштейновский конденсат. Основное различие в структурах каждого состояния находится в плотностях частиц.

ТВЕРДОЕ ТЕЛО

В твердом теле частицы плотно упакованы, поэтому они не могут двигаться очень сильно. Частицы твердого вещества имеют очень низкую кинетическую энергию. Электроны каждого атома находятся в движении, поэтому атомы имеют небольшую вибрацию, но они фиксируются в своем положении. Твердые тела имеют определенную форму, и могут длительное время ее сохранять. У них также есть определенный объем. Частицы твердого тела уже настолько плотно упакованы вместе, что увеличивающееся давление не будет сжимать твердое тело до меньшего объема.

ЖИДКОСТИ

В жидкой фазе частицы вещества имеют большую кинетическую энергию, чем частицы в твердом теле. Частицы жидкости не удерживаются в регулярном расположении, но все еще очень близки друг к другу, поэтому жидкости имеют определенный объем. Жидкости, как и твердые тела, трудно сжимаемы. Частицы жидкости имеют достаточно места для обтекания друг друга, поэтому жидкости имеют неопределенную форму. Жидкость принимает форму емкости, в которую она помещена. Сила распределяется равномерно по всей жидкости, поэтому, когда объект помещается в жидкость, частицы жидкости перемещаются за объектом.

Величина восходящей плавучей силы равна весу жидкости, в объеме тела. Когда плавучая сила равна силе тяжести, объект будет плавать. Этот принцип плавучести был обнаружен греческим математиком Архимедом, который, согласно легенде, выпрыгнул из своей ванны и побежал обнаженным по улицам, крича «Эврика!», после того, как догадался о выталкивающих силах в жидкости. Эту силу еще называют силой Архимеда, как дань уважения и признания древнему ученому.

Частицы жидкости, как правило, удерживаются слабым межмолекулярным притяжением, а не свободно перемещаются, как частицы газа. Эта сила сцепления соединяет частицы вместе, образуя капли или потоки.

Ученые сообщили, что в апреле 2016 года они создали странное состояние материи, которое, как предполагалось, существовало, но никогда не было видно в реальной жизни. Хотя этот тип материи можно держать в руке, как если бы он был сплошным, увеличение материала выявило бы беспорядочные взаимодействия его электронов, более характерные для жидкости. Это тип материи называют квантовой спиновой жидкостью Китаева, в ней электроны входят в своеобразный квантовый танец, в котором они взаимодействуют или «разговаривают» друг с другом. Обычно, когда вещество остывает, спин его электронов имеет тенденцию выстраиваться в линию. Но в этой квантовой спиновой жидкости электроны взаимодействуют так, что они влияют на то, как другие вращаются и никогда не выравниваются независимо от того, насколько материал холодный. Материал будет вести себя так, как будто его электроны, считающиеся неделимыми, разрушались.

ГАЗЫ

Частицы газа находятся на большом расстоянии друг от друга и имеют высокую кинетическую энергию. Если пространство не ограничено, частицы газа будут разбросаны бесконечно; если оно ограничено, газ будет расширяться, чтобы заполнить весь объем. Когда газ оказывается под давлением, то есть уменьшается объем емкости, пространство между частицами уменьшается, а давление, оказываемое их столкновениями, увеличивается. Если объем сосуда поддерживается постоянным, но температура газа увеличивается, то давление также увеличивается. Частицы газа обладают достаточной кинетической энергией для преодоления межмолекулярных сил, которые удерживают твердые частицы и жидкости вместе, поэтому газ не имеет определенного объема и формы.

ПЛАЗМА

Плазма не является общим состоянием материи здесь, на Земле, но может быть самым распространенным состоянием материи во Вселенной. Плазма состоит из сильно заряженных частиц с чрезвычайно высокой кинетической энергией. Благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон) часто используются для создания светильников, используя электричество для их ионизации в плазменное состояние. Звезды, по сути, являются перегретыми шарами плазмы.

КОНДЕНСАТ БОЗЕ-ЭЙНШТЕЙНА

В 1995 году технология позволила ученым создать новое состояние материи – конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Используя комбинацию лазеров и магнитов, Эрик Корнелл и Карл Вейман охладили образец рубидия с точностью до нескольких градусов до абсолютного нуля. При этой чрезвычайно низкой температуре молекулярное движение очень близко к остановке. Так как кинетическая энергия почти не передается от одного атома к другому, атомы начинают сжиматься вместе. Уже не тысячи отдельных атомов, а один «супер атом». КБЭ используется для изучения квантовой механики на макроскопическом уровне. Свет, кажется, замедляется, когда он проходит через КБЭ, что позволяет изучать парадокс частиц/волн. КБЭ также обладает многими свойствами сверхтекучей жидкости без трения, также используются для моделирования условий, которые могут выполняться в черных дырах.

СМЕНА ФАЗЫ

Добавление энергии к веществу приводит к физическому изменению – материя переходит из одного состояния в другое. Например, добавление тепловой энергии – тепла – к жидкой воде приводит к тому, что она становится паром или газом. Извлечение энергии также приводит к физическим изменениям, например, когда жидкая вода становится льдом – твердой – при удалении тепла. Физическое изменение фазы также может быть вызвано движением и давлением.

ПЛАВЛЕНИЕ И ОТВЕРДЕВАНИЕ

Когда тепло прикладывается к твердому веществу, его частицы начинают быстрее вибрировать и склонны двигаться дальше друг от друга. Когда вещество при стандартном давлении достигает определенной точки, называемой точкой плавления, твердое вещество начинает превращаться в жидкость. Точку плавления чистого вещества часто можно определить с точностью до 0,1 градуса Цельсия, точкой, в которой твердая и жидкая фазы находятся в равновесии. Если вы продолжаете нагревать образец, температура не будет повышаться выше точки плавления, пока весь образец не будет сжижен. Тепловая энергия используется для преобразования твердого вещества в жидкую форму. Как только весь образец станет жидким, температура снова начнет расти. Соединения, которые в остальном очень похожи, могут иметь разные точки плавления, поэтому точка плавления может быть полезным способом различения среди них. Например, сахароза имеет точку плавления 186,1 градусов Цельсия, тогда как температура плавления глюкозы составляет 146 градусов Цельсия. Твердая смесь, такая как металлический сплав, часто может быть разделена на ее составные части путем нагревания смеси и извлечения жидкостей по мере достижения ими различных точек плавления.

Точка замерзания – это температура, при которой жидкое вещество достаточно охлаждается для образования твердого вещества. По мере охлаждения жидкости движение частиц замедляется. Во многих веществах частицы выравниваются точными геометрическими узорами для образования кристаллических твердых веществ. Большинство жидкостей сжимаются, когда они замерзают. Одной из важных характеристик воды является то, что она расширяется при замерзании, поэтому лед плавает. Если бы лед не плавал, не было бы жидкой воды под замерзшим льдом, и многие формы водной жизни были бы невозможны.

Температура замерзания часто близка к той же температуре, что и температура плавления, но не считается характерной для вещества, поскольку несколько факторов могут ее изменить. Например, добавление растворенных веществ в жидкость приведет к снижению температуры замерзания. Примером этого является использование суспензии соли для снижения температуры, при которой вода замерзает на наших дорогах. Другие жидкости можно охлаждать до температур, значительно ниже их температуры плавления, до того, как они начнут затвердевать. Такие жидкости называются суперохлаждаемыми и часто требуют наличия пылевой частицы или затравочного кристалла для начала процесса кристаллизации.

СУБЛИМАЦИЯ

Когда твердое вещество превращается непосредственно в газ без прохождения жидкой фазы, процесс известен как сублимация. Сублимация происходит, когда кинетическая энергия частиц больше атмосферного давления, окружающего образец. Это может произойти, когда температура образца быстро увеличивается за точку кипения (испарение вспышки). Чаще всего вещество может быть «высушено в замороженном состоянии» путем его охлаждения в условиях вакуума, так что вода в веществе подвергается сублимации и удаляется из образца. Несколько летучих веществ будут подвергаться сублимации при нормальной температуре и давлении. Наиболее известным из этих веществ является CO2 или сухой лед.

ПАРООБРАЗОВАНИЕ

Испарение представляет собой превращение жидкости в газ. Испарение может происходить путем испарения или кипения.

Поскольку частицы жидкости находятся в постоянном движении, они часто сталкиваются друг с другом, передавая при этом энергию. Этот перенос энергии имеет малое влияние внутри жидкости, но когда достаточная энергия передается частице вблизи поверхности, она может получить достаточную энергию, чтобы полностью удалиться из образца в виде частицы свободного газа. Этот процесс называется испарением, и он продолжается до тех пор, пока остается жидкость. Энергия, передаваемая поверхностным молекулам, вызывающая их вылет, уносится от оставшегося жидкого образца.

Когда к жидкости добавляется достаточно тепла, образуя пузырьки пара ниже поверхности, мы говорим, что жидкость кипит. Температура, при которой жидкость кипит, является переменной. Точка кипения зависит от давления вещества. Жидкость под более высоким давлением будет требовать больше тепла до того, как в ней могут образоваться пузырьки пара. На больших высотах атмосферном давлении ниже, чем при нормальных условиях, поэтому жидкость будет кипеть при более низкой температуре. Такое же количество жидкости на уровне моря находится под большим атмосферным давлением и будет кипеть при более высокой температуре.

КОНДЕНСАЦИЯ И ДЕСУБЛИМАЦИЯ

Конденсация – это когда газ превращается в жидкость. Конденсация происходит, когда газ охлаждается или сжимается до такой степени, что кинетическая энергия частиц больше не может преодолевать межмолекулярные силы. Первоначальный кластер частиц инициирует процесс, который имеет тенденцию дополнительно охлаждать газ, так что конденсация продолжается. Когда газ превращается непосредственно в твердое вещество, не проходя через жидкую фазу, процесс называется осаждением или десублимацией. Примером этого является то, как при пониженных температурах преобразуется водяной пар в атмосфере в иней и лед. Иней имеет тенденцию обрисовывать сплошные листья травы и веток, потому что воздух, касающийся этих твердых веществ, охлаждается быстрее, чем воздух, который не касается твердой поверхности.

Источник