§ 6 Твердое, жидкое и газообразное состояния вещества

Свойства твердых, жидких и газообразных тел. Назовем все тела, изображенные на рисунках 6.1 и 6.2. Это как будто несложно: стол, мензурка и мерный стакан, колбы, рука человека, кусочек картона. Пожалуй, все!

Нет, возразите вы, названы только твердые тела, а есть еще жидкость в мерной посуде жидкие тела, газ в колбах — тела газообразные.

Обсудим некоторые особенности «поведения» газообразных и жидких тел, которые отличают их от тел твердых. Что произойдет, если перелить жидкость из стакана в цилиндр? Она примет форму цилиндра. И хотя может показаться, что объем воды при этом увеличился, мы знаем, что это иллюзия — он не изменился (рис. 6.1).

Проследим теперь за газообразным телом. В колбе, закрытой кусочком картона, находится газ рыжего цвета (рис. 6.2, а). Поместим сверху еще одну колбу и вытащим перемычку. Газ заполнит обе колбы (рис. 6.2, б). И форма, и объем газообразного тела изменились.

Рис. 6.2. Форма и объем газообразного тела изменяются: газообразные тела не сохраняют ни объем, ни форму. Газы легко заполняют собой любой объем

Мы выяснили, что свойства твердых тел, жидкостей и газов различны. Твердые тела сохраняют форму и объем. Жидкие тела сохраняют объем, но не сохраняют форму, принимая форму сосуда. Газообразные тела не сохраняют ни объем, ни форму, заполняя весь сосуд, в котором находятся.

От чего зависит способность тел сохранять или изменять форму и объем? От состояния вещества. Плотность газа очень мала, его молекулам просторно (рис. 6.3). Расстояния между молекулами намного больше размеров самих молекул. Они «носятся» с высокой скоростью, сталкиваясь друг с другом сравнительно редко. С такой «непоседливостью» молекулам газа достаточно легко заполнить любой объем.

Плотность жидкости намного больше плотности газа — молекулам жидкости тесно (рис. 6.4). Частицы не могут мчаться подобно частицам в газе: им мешают соседи. Молекула «мечется» вокруг одной и той же точки. Перемещения молекул жидкости намного меньше тех, которые совершают молекулы в газах. Поэтому жидкости и сохраняют свой объем.

Если наклонить сосуд, молекулы жидкости ведут себя, как песчинки. Они «перекатываются» до тех пор, пока поверхность жидкости не станет горизонтальной. При этом жидкость приобретает форму той части сосуда, куда «перекатились» молекулы. Поверхность жидкости независимо от формы и положения сосуда всегда горизонтальна (рис. 6.5).

В твердом веществе — еще более плотном, чем жидкость, — атомы или молекулы размещаются в определенном порядке (рис. 6.6). Это не дает им возможности не только стремительно «летать», как в газах, но и «перескакивать» с места на место, как в жидкостях. Молекулы лишь постоянно «колеблются»

о о О О о О О

Рис. 6.3. Расположение молекул в газе

ОрсРоО О оп^Ро с?£Оо°о

Рис. 6.4. Расположение молекул в жидкости

Рис. 6.5. Поверхность жидкости всегда горизонтальна

Рис. 6.6. Атомы или молекулы вещества в твердом состоянии расположены в определенном порядке

вокруг своего места. Вот почему твердые тела сохраняют форму и объем.

Все ли вещества могут существовать в разных состояниях — твердом, жидком, газообразном? Твердое, жидкое и газообразное состояния вещества называются агрегатными состояниями. Нам известны агрегатные состояния воды — твердое (лед), жидкое (собственно вода) и газообразное (пар). Существуют ли они для других веществ? Ведь мы привыкли, что железо твердое, растительное масло жидкое, а кислород — газ.

Вспомним: вода изменяет агрегатные состояния при нагревании и охлаждении. Такое же свойство имеют и другие вещества. Железо при нагревании до очень высокой температуры +1539 °С превращается в жидкость (рис. 6.7), а при +3200 °С становится газообразным. Газ азот — составная часть воздуха — при охлаждении до температуры -210 °С превращается в жидкость. Такие низкие температуры можно получить в лабораториях. Хранят жидкий азот в специальных сосудах. На рисунке 6.8 видно, как из такого сосуда вытекает струя. Вокруг — мельчайшие капли воды, образовавшиеся из водяного пара воздуха под воздействием очень низкой температуры азота. Открыв такой сосуд с азотом при комнатной температуре, мы вскоре обнаружим, что он опустел. Жидкий азот испарился — перешел в газообразное состояние.

Температуры, при которых происходит изменение агрегатного состояния, у всех веществ различны (вспомните, например, при какой температуре плавится лед, а при какой — железо). Температура на поверхности Земли может изменяться в пределах от -80 °С до +50 °С. Для множества веществ такие колебания температуры не приводят к изменению их агрегатного состояния. Вот почему мы обычно сталкиваемся с твердым железом и газообразными кислородом, азотом, водородом.

•    Твердые тела сохраняют и форму, и объем. Жидкие тела сохраняют объем, но не сохраняют форму. Газообразные тела способны изменять и форму, и объем.

•    Жидкое, твердое и газообразное состояния вещества называются агрегатными состояниями вещества.

•    Все вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях. Изменяет или сохраняет тело объем и форму, зависит от агрегатного состояния вещества, из которого состоит тело.

Наила лаборатория ________

Комментируем результаты опытов.

1.    В стакан налили воду и взвесили его. Затем накрыли крышкой и поместили в морозильную камеру. Когда вода замерзла, то есть превратилась в твердое тело, стакан поставили на весы.

•    Сравните показания весов (рис. 6.9).

•    Согласны ли вы с тем, что при переходе из жидкого состояния в твердое масса воды не изменяется?

2.    В небольшой сосуд налили спирт, сосуд поместили в банку, банку плотно закрыли (рис. 6.10). Эту «экспериментальную установ-

ку» взвесили. Ее масса равна 1 кг 350 г. Банку поставили возле батареи. Через некоторое время обнаружили, что сосуд пуст.

«Экспериментальную установку» повторно взвесили. Весы вновь показали, что ее масса равна 1 кг 350 г.

•    Почему не изменилась масса установки?

•    Как вы думаете, исчез ли спирт?

Сопоставьте результаты опытов с водой и со спиртом. Согласны ли вы со следующим выводом: «При переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое масса тела не изменяется»?

3. Изменяется ли объем воды при переходе из жидкого в твердое состояние?

Рассмотрите схему опыта (рис. 6.11). В мерный цилиндр налили воду, измерили ее объем и отметили его черточкой на цилиндре.

Воду перелили в пластиковый стакан и заморозили. Затем измерили объем льда, опустив его в растительное масло. Когда лед растаял, измерили объем масла и талой воды. Затем вычислили объем талой воды.

•    Сравните результаты измерений: объем воды до затвердения, объем льда и объем талой воды. В каком случае объем был самым большим?

« Согласны ли вы с утверждением: «При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) объем воды увеличивается»?

Запомним:

Вода - вещество, объем которого увеличивается при затвердевании и уменьшается при переходе в жидкое состояние. Другие вещества ведут себя иначе: при переходе из твердого состояния в жидкое их объем увеличивается, а при затвердевании уменьшается.

Рис. 6.11 а)    Объем воды до затвердевания 50 мл б)    Объем растительного масла 100 мл в)    Объем растительного масла с кусочком льда 155 мл. Объем льда: 155 - 100 = 55 (мл) г)    Объем растительного масла и талой воды 150 мл. Объем талой воды: 150 - 100 = 50 (мл)

Проверьте себя

1.    Дополните предложения:

«Жидкие тела сохраняют объем, однако не сохраняют....» «Газообразные тела не сохраняют... и не сохраняют....»

«Твердые тела сохраняют и ..., и объем.»

2.    Пользуясь рисунками 6.3, 6.4 и 6.6, расскажите о взаимном расположении и движении молекул в жидких, газообразных и твердых телах.

3.    Почему газообразные тела изменяют объем, а жидкости — нет?

4.    Дополните схему изменения агрегатного состояния вещества:

5.    Определите, каким был объем воздуха в шприце до того, как нажали на поршень, и после этого. Почему объем воздуха можно изменить (рис. 6.12)?

6.    Катя нарисовала схему, которая показывает, как были расположены молекулы газов воздуха, когда поршень шприца находился в положении айв положении б (рис. 6.12). Свои схемы нарисовали Максим и Стас. Какая из схем правильная (рис. 6.13)?

7.    Как изменяется плотность воды при замерзании? Для ответа воспользуйтесь выводами опытов 1 и 3.

Это материал из учебника Природоведение 5 клас Т.И. Базанова