Какими общими свойствами обладают твердые тела собственным объемом и
Твердое тело является одним из трех основных состояний материи, наряду с жидкостью и газом. Материя — это вещество вселенной, атомы, молекулы и ионы, которые составляют все физические вещества. В твердом теле, эти частицы плотно упакованы вместе и не могут свободно перемещаться внутри вещества. Молекулярное движение для частиц в твердом теле ограничено очень малыми колебаниями атомов вокруг их фиксированных положений; поэтому твердые тела имеют фиксированную форму, которую трудно изменить. Твердые тела также имеют определенный объем, то есть они сохраняют свой размер независимо от того, как вы пытаетесь их изменить.
Твердые вещества делятся на две основные категории: кристаллические твердые вещества и аморфные твердые вещества, основанные на том, как расположены частицы.
Кристаллические твердые вещества
Кристаллические твердые вещества или кристаллы рассматриваются как настоящие твердые тела. Минералы представляют собой кристаллические твердые вещества. Обычная поваренная соль является одним из примеров такого твердого вещества. В кристаллических твердых телах атомы, ионы или молекулы расположены упорядоченно и симметрично во всем кристалле. Самая маленькая повторяющаяся структура твердого тела называется элементарной ячейкой, которая похожа на кирпич в стене. Элементарные ячейки объединяются в сеть, называемую кристаллической решеткой. Существует 14 типов решеток, называемых решетками Браве (названных в честь Августа Браве, французского физика 19-го века), и они классифицируются на семь кристаллических систем, основанных на расположении атомов — кубическую, гексагональную, тетрагональную, ромбоэдрическую, орторомбическую, моноклинную и триклинную.
Кроме регулярного расположения частиц, твердые тела обладают несколькими другими характерными свойствами. Они, как правило, вообще несжимаемы, а это означает то, что их нельзя сжать в более мелкую форму. Из-за повторяющейся геометрической структуры кристалла, все связи между частицами имеют равную силу. Это значит, что кристаллическое твердое тело будет иметь определенную точку плавления, поскольку применение тепла одновременно разрушит все связи.
Кристаллические твердые вещества также проявляют анизотропию. Это означает, что такие свойства, как показатель преломления (сколько света изгибается при прохождении вещества), проводимость (насколько хорошо он проводит электричество) и прочность на растяжение (сила, необходимая для его разрыва), будут варьироваться в зависимости от направления, от которого была применена сила. Кристаллические твердые вещества также проявляют свойство расщепления — при разрыве части будут иметь выровненную поверхность или прямые края.
Типы кристаллических твердых веществ
Существует четыре типа кристаллических твердых тел: ионные твердые тела, молекулярные твердые тела, сетевые ковалентные твердые тела и металлические твердые тела.
Ионные твердые тела
Ионные соединения образуют кристаллы, которые состоят из противоположно заряженных ионов — положительно заряженного катиона и отрицательно заряженного аниона. Из-за сильного притяжения между противоположными зарядами требуется много энергии для преодоления ионных связей. Это означает, что ионные соединения имеют очень высокую температуру плавления, часто между 300 и 1000 градусов по Цельсию.
Хотя сами кристаллы являются твердыми, хрупкими и непроводящими, большинство ионных соединений можно растворить в воде, образуя раствор свободных ионов, который будет проводить электричество. Они могут быть простыми двойными солями, такими как хлорид натрия NaCl или поваренная соль, где один атом металлического элемента — натрия, связан с одним атомом неметаллического элемента — хлора. Они также могут состоять из многоатомных ионов, таких как нитрат аммония NH4NO3. Многоатомные ионы представляют собой группы атомов, которые разделяют электроны — это называется ковалентная связь, они функционируют в соединении, как если бы они составляли один заряженный ион.
Молекулярные твердые вещества
Молекулярные твердые вещества состоят из ковалентно связанных молекул, притягиваемых друг к другу электростатическими силами — это называется Силы Ван—дер—Ваальса. Поскольку ковалентная связь предполагает совместное использование электронов, а не прямой перенос этих частиц, общие электроны могут проводить больше времени в электронном облаке более крупного атома, вызывая слабую или смещающуюся полярность. Это электростатическое притяжение между двумя полюсами — диполями, значительно слабее, чем ионное или ковалентное связывание, поэтому молекулярные твердые тела, как правило, мягче, чем ионные кристаллы, и имеют более низкие точки плавления — многие из них будут плавиться при температуре менее 100°C. Большинство молекулярных твердых веществ неполярны. Эти неполярные молекулярные твердые вещества не будут растворяться в воде, но будут растворяться в неполярном растворителе, таком как бензол и октан. Полярные молекулярные твердые вещества, такие как сахар, легко растворяются в воде. Молекулярные твердые тела являются непроводящими.
Примеры молекулярных твердых веществ — лед, сахар, галогены, такие как твердый хлор Cl2, соединения, состоящие из галогена и водорода, такие как хлористый водород HCl. Фуллерены также являются молекулярными твердыми веществами.
Ковалентные твердые вещества
В сплошной структуре твердого тела нет отдельных молекул. Атомы ковалентно связаны в непрерывной сети, что в свою очередь приводит к кристаллической структуре. Каждый атом ковалентно связан со всеми окружающими атомами. Ковалентные твердые тела обладают свойствами, аналогичными свойствам ионных твердых тел. Они очень твердые с чрезвычайно высокими температурами плавления, обычно выше 1000 градусов по Цельсию. В отличии от ионных соединений, они не растворяются в воде и не проводят электричество.
Примеры ковалентные твердых веществ — алмазы, аметисты и рубины.
Металлические твердые вещества
Металлы представляют собой непрозрачные, блестящие твердые вещества, которые являются пластичными. Они мягкие и могут быть сформированы или спрессованы в тонкие листы, или даже втянуты в провода. Валентные электроны не передаются и не распределяются, поскольку находятся в ионной и ковалентной связи. Электронные облака соседних атомов перекрываются, так что электроны становятся делокализованными. Электроны перемещаются с относительной свободой от одного атома к другому по всему кристаллу.
Металл можно описать как решетку положительных катионов в «море» отрицательных электронов. Эта подвижность электронов означает, что металлы обладают высокой проводимостью тепла и электричества. Металлы, как правило, имеют высокие точки плавления, хотя заметными исключениями являются ртуть, температура плавления которой составляет минус 38,8 градуса по Цельсию, и фосфор с температурой плавления 44 градуса по Цельсию.
Сплав представляет собой твердую смесь металлического элемента с другим веществом. Хотя чистые металлы могут быть чрезмерно податливыми и тяжелыми, сплавы являютсяболее используемыми. Бронза — сплав меди и олова, а сталь — сплав железа, углерода и других добавок.
Аморфные твердые вещества
В аморфных твердых телах («твердые тела без формы») частицы не имеют повторяющейся структуры решетки. Примерами аморфных твердых веществ являются стекло, резина, гели и большинство пластмасс. Аморфное твердое вещество не имеет определенной температуры плавления. Оно плавится постепенно в определенном диапазоне температур, потому что связи не разрываются все сразу. Аморфное твердое вещество расплавится в мягкое, податливое состояние (свечной воск или расплавленное стекло), прежде чем полностью превратиться в жидкость.
Аморфные твердые тела не имеют характерной симметрии, поэтому они не имеют ровных плоскостей при разрезании — края могут быть изогнуты. Они называются изотропными, поскольку такие свойства, как показатель преломления, проводимость и прочность на растяжение, равны независимо от направления, в котором применяется сила.
???? ???? ????
Тест по физике Взаимодействие молекул Агрегатные состояния вещества для учащихся 7 класса. Тест состоит из 11 вопросов и предназначен для проверки знаний к главе Первоначальные сведения о строении вещества.
1. Как взаимодействуют молекулы тела?
1) Притягиваются друг к другу
2) Движутся независимо друг от друга
3) Отталкиваются одна от другой
4) Молекулы и притягиваются, и отталкиваются: при расстояниях между ними, сравнимых с их размерами, преобладает притяжение, при меньших расстояниях — отталкивание
2. Каким взаимодействием молекул — притяжением или отталкиванием — объясняются следующие факты: наличие у твёрдых тел постоянного объёма и неизменной формы, смачиваемость жидкостью поверхности твёрдого тела, необходимость большого усилия для растяжения или разлома твёрдого тела?
1) Отталкиванием
2) Притяжением
3) Взаимодействие молекул не объясняет этих фактов
4) Среди ответов нет верного
3. Что из названного свидетельствует о существовании отталкивания молекул?
1) Текучесть жидкости
2) Распрямление сжатого ластика
3) Практическое сохранение жидкостью объёма при её сдавливании
4) Несмачиваемость жидкостью поверхности твёрдого тела
4. В скольких и каких состояниях могут вообще находиться вещества?
1) В двух: твёрдом и ЖИДКОМ
2) В двух: твёрдом и газообразном
3) В трёх: в виде твёрдого тела, жидкости и пара·
4) В трёх: твёрдом, жидком и газообразном
5. Может ли какое-либо вещество быть в разных состояниях?
1) Не может
2) Нет: любое вещество или твёрдое, или жидкое, или газообразное
3) Может: оно изменит своё состояние, если изменятся условия
6. Какими общими свойствами обладают твёрдые тела?
1) Собственным объёмом и изменчивостью формы
2) Собственными объёмом и формой
3) Собственной формой и легко изменяемым объёмом
7. Каковы общие свойства жидкостей?
1) Наличие у них собственного объёма и текучести, следовательно, изменчивости формы
2) Обладание собственным объёмом и формой
3) Отсутствие собственных объёма и формы
4) Трудность изменения объёма и формы
8. Какие общие свойства присущи газам?
1) Сохранение газом своего объёма и формы
2) Неизменность объёма газа при приобретении им любой формы
3) Заполнение газом всего предоставленного ему пространства
4) Трудность сжатия, изменения формы и объёма
9. Как расположены, взаимодействуют и движутся молекулы в газах?
1) Молекулы расположены на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул, и перемещаются свободно друг относительно друга
2) Молекулы находятся на больших расстояниях (по сравнению с размерами молекул) друг от друга, практически не взаимодействуют и движутся беспорядочно
3) Они расположены в строгом порядке, сильно взаимодействуют и колеблются около определённых положений
4) Молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга в определённом порядке, слабо взаимодействуют друг с другом и движутся в разные стороны
10. В каком состоянии вещества его молекулы сближены на расстояния, меньшие размеров самих молекул, сильно взаимодействуют и остаются на одних и тех же местах, лишь совершая около них колебания?
1) Жидком
2) Твёрдом
3) Газообразном
4) В любом из этих состояний
11. Чем отличается с молекулярной точки зрения сталь в твёрдом и жидком состояниях?
1) Ничем
2) Составом молекул
3) Размером молекул
4) Расположением, взаимодействием и движением молекул
Ответы на тест по физике Взаимодействие молекул Агрегатные состояния вещества
1-4, 2-2, 3-23, 4-4, 5-3, 6-2, 7-1, 8-3, 9-2, 10-2, 11-4
2 года назад
+3
Прежде чем переходить к самим свойствам, я хотел бы подготовить вас к тому факту, что на Земле все относительно, и твердое тело может быть не таким уж и твердым, например, как кусок поролона. Да, всем хорошо известен данный искусственный материал: он довольно мягкий на ощупь, но все равно выступает в роли твердого тела. При изучении свойств твердых тел все выглядит точно так же.
Свойства твердых тел. Электропроводность
Хочется побольше рассказать о двух самых важных свойствах твердых тел: электропроводности и теплопроводности.
Электропроводностью называют свойство того или иного вещества проводить через себя ток.
Для каждого материала существует свой показатель проводимости тока, но всех их принято распределять по трем группам:
- проводники;
- полупроводники;
- диэлектрики.
Хорошими проводниками, которые можно использовать для человеческих нужд, являются металлы. В этой группе выделяют медь и алюминий. Большое количество свободных заряженных частиц в составе металлов позволяет им с легкостью переносить ток.
Диэлектрики наоборот не имеют заряженных частиц и блокируют проход тока через себя, поэтому в качестве изоляции используют резину, пластмассы и т.п.
Полупроводники сочетают в себе свойства вышеперечисленных групп. Материалы подобные кремнию могут проводить ток только в одну сторону или блокировать его. Без открытия этого свойства — человечество сегодня использовало бы деревянные счеты в качестве калькулятора.
Теплопроводность
Суть теплопроводности состоит в том же, что и электропроводности, только место электричества занимает тепловая энергия. И здесь на первом месте оказываются металлы.
Для хорошей проводимости необходимы плотные соединения атомов в структуре материала, а таким материалом как раз является металл. Он хорошо справляется, если необходимо передавать или рассеивать тепловую энергию, обладает прочностью и долговечностью.
Когда цель заключается в сбережении (удержании) тепла, то используют пористые материалы с низким уровнем проводимости: пенопласт, минеральная вата и подобные.
2 года назад
+3
Мне кажется, что большая часть всех тел в мире именно твердые. Возможно, такое мнение из-за узкого кругозора или потому что твердые тела объемные и видимые по-сравнению, например, с газом. Но, все же, они представляют интерес, и хочется узнать, что из себя представляют именно твердые тела и какими свойствами обладают.
Научный взгляд на понятие «твердого тела»
Все понимают, что стул, стол, кровать — всё это твердые тела, но что, если взглянуть с точки зрения науки? Это один из видов состояний, в которых могут перебывать вещества. Хочу напомнить, что всего их четыре:
- газ;
- жидкость;
- твердое тело;
- плазма.
Так вот, твердые тела отличаются своей стабильной формой и тем, что у их атомов происходят совсем маленькие колебания, то есть, они почти неподвижны. Также различают разные виды твердых тел, такие как: аморфные и кристаллические.
Особенности твердых тел
Можно выделить ряд интересных фактов, связанных с данными телами. Например, при повышении температуры твердые вещества переходят в состояние жидкое или даже газообразное. Но когда я скажу название этого процесса, то все сразу станет ясно — это плавление. Впрочем, существует процесс перехода из газообразного обратно в твердое — сублимация. Если же из жидкого — кристаллизация. Стоит отметить, что существуют переходы и между твердыми состояниями, при которых происходит изменение внутренних структур тел.
Твердые тела и их свойства
Свойства делятся на три вида:
- механические;
- электромагнитные;
- термические.
Для механических характерно сохранение формы тела в покое и деформация при воздействии каких-либо внешних сил. Если деформация для определенного тела чересчур велика, то оно разрушается. Также к механическим относится проведение звука. Что касается электромагнитных, они могут проводить, плохо проводить или не проводить ток (собственно, диэлектрики и проводники). Перейду к тепловым свойствам. Самым важным является температура плавления. Когда температура меняется, происходит деформация тела, так как повышение температуры содействует расширению тела.
2 года назад
+4
Поскольку я заканчивал строительный факультет, а по специальности инженер, кому, как не мне, знать какими свойствами обладают твердые тела. Помню, как мучился с сопроматом, который сдал только на третий раз! Поэтому особое внимание хочу уделить механическим свойствам.
Что означает термин «твердое тело»
Прежде всего, это одна из четырех разновидностей агрегатного состояния вещества, для которого характерно в первую очередь постоянство формы. По сути, упорядоченность молекул — главный признак, что определяет тело как твердое — имеет определенный объем и его практически невозможно сжать. При этом наблюдается свойство выдерживать значительную нагрузку благодаря плотности. Наука классифицирует твердые тела следующим образом:
- аморфное тело — кристаллическая решетка слабо выражена;
- кристалл — у этих веществ наблюдается строго упорядоченная решетка;
- композитное тело — по сути, искусственное образование, где сочетаются жесткий «каркас» и кристаллический наполнитель.
Особый интерес вызывают так называемые жидкие кристаллы, что обладают одновременно свойствами твердого и жидкого тела. При этом, одно из главных свойств — неодинаковое прохождение света в веществе.
Деформация
В это понятие входит изменение объема либо формы, что сопровождается некоторыми изменениями на молекулярном уровне. Итак, существуют следующие виды:
- сжатие — сокращение расстояния между рядами молекул;
- растяжение — в этом случае расстояние увеличивается;
- кручение — ряды как бы проворачиваются относительно друг друга;
- сдвиг — при этом ряды молекул сдвигаются относительно друг друга, однако расстояние между рядами неизменно;
- изгиб — в этом случае одновременно наблюдается растяжение и сжатие рядов.
При этом, подобные нарушения структуры вызывают противодействие со стороны самого вещества — упругость. Это обусловлено электромагнитной связью, что возникает при взаимодействии молекул в решетке. Таким образом, эта сила задает форму вещества, а в случае деформации стремится вернуть молекулы в исходное положение. Главное правило взаимодействия сил заключается в их противоположной направленности относительно друг друга.
3 года назад
+4
Твердые вещества почти не сжимаются, то есть, сохраняют свою форму. Отличаются твердые тела своей пластичностью. Под нагрузкой такие тела либо раскалываются (стекло), либо восстанавливают свою форму (резина). Твердые вещества по-разному проводят тепло и ток. Например, металлы хорошие проводники, а графит — плохой. Все физические свойства твердых тел зависят от химической связи их молекулярной решетки.
Ваш ответ
Как написать хороший ответ?
- Основные свойства твердых тел
- Типы твердых тел
- Свойства твердых веществ аморфного типа
- Особые свойства твердых тел
- Пластичность и хрупкость
Твёрдые тела отличаются от других тел рядом признаков и свойств. Все они имеют сходные между собой характеристики. Все эти свойства и характеристики изучаются в ходе постоянно совершенствующегося познавательного процесса окружающего мира.
Твердые тела физика изучает на протяжении всего своего существования как науки. Исследования, в том числе и при которых изучаются свойства тел, проводятся на микро и макроуровнях. Изучение физических тел, включая свойства твёрдых тел – один из основных вопросов современной физики.
Основные свойства твердых тел
Твердым телам свойственны: упругость, пластичность и хрупкость.
Упругость – свойство тела возвращать форму в исходное положение после прекращения действия физической силы извне. К примерам можно отнести резину.
Пластичность – свойство, заключающееся в закреплении приобретенной формы после остановки или прекращения внешнего воздействия. Это свойство не восстанавливать свою форму. Примеры: пластилин, глина.
Хрупкость – свойство тела разрушаться при малых деформациях. Примеры: стекло, фарфор.
Типы твердых тел
Зависимо от степени проявления тех или иных свойств, все твердые тела можно поделить на такие основные типы:
- Аморфные
- С кристаллической структурой
Огромное разнообразие твердых тел по сути можно рассматривать как бесконечное количество молекулярных связей. Без использования всего разнообразия твердых тел с различными свойствами и характеристиками невозможно было бы представить себе текущий уровень развития науки и техники. Множество приборов и серьезного научного оборудования созданы на основании знаний того, какими свойствами обладают твердые тела, например, огромное количество электронного оборудования использует полупроводники со своими уникальными свойствами и возможностями. Речь идет о магнитах, сверхпроводниках и прочих материалах, без которых было бы невозможным такое стремительное развитие науки.
Таким образом, твёрдые тела это один из важнейших предметов изучения физики и одно из важнейших предпосылок к перспективам развития науки. В частности, сегодня ученых интересуют свойства твердых тел с кристаллической структурой внутреннего строения, которые проявляются в результате взаимодействия частиц.
Коллективные свойства электронов дают возможность электропроводности тех или иных тел, тип коллективного колебания, возникающего при поглощении тепла, определяет степень теплоемкости. Определено, что тепловые свойства твердых тел разные: некоторым твердым телам более свойственно поглощение тепла и соответственного нагревания, а некоторым – меньше. На основании получаемых данных рассматриваются варианты, при которых управление свойствами твердых тел используется в полезных практических и научных целях.
Свойства кристаллических твердых тел предполагают наличие кристаллической решетки. В этих телах частицы имеют четкую структуру, четкую периодичность и порядок размещения структурных единиц и составляющих элементов всей конструкции. Свойства твердого вещества аморфного типа – совершенно иные. Они представляют собой огромное количество хаотичного скопления атомов.
Еще одной отличительной чертой кристаллического тела является анизотропность. Данная характеристика твердых тел-кристаллов предполагает зависимость свойств тела от направления внутри кристалла.
Кристаллическая структура присуща всем металлам, именно поэтому они – лучшие материалы для строительства. Однако важно обратить внимание на то, что анизотропность не проявляется постоянно. В обычном состоянии эта характеристика никак не проявляется у металлов. Оказывается, в некоторых случаях вещество может пребывать в аморфном и кристаллическом состоянии одновременно.
Свойства твердых веществ аморфного типа
Для тел аморфного типа свойственна изотропность, которая предполагает равные показатели по всем направлениям. Приведем в пример стекло, леденцы. При достаточных внешних воздействиях эти тела приобретут другую форму и другие признаки.
К основным свойствам аморфных тел относятся:
- Упругость
- Текучесть
Упругие свойства твердых тел проявляются во всех твердых телах, а текучесть – это признак жидкости.
Такая характеристика твердых тел как упругость проявляется при кратковременных силовых воздействиях. Стоит же применить больше силы, и они могут расколоться на частицы. При интенсивном же и длительном взаимодействии твердые тела могут проявлять текучесть.
Особые свойства твердых тел
- Анизотропия – одно из свойств твердого вещества, которое заключается в зависимости физических свойств от направления в кристалле.
- Изотропия – отсутствие зависимости свойства тела от направления
- Полиформизм – особое свойство, которое заключается в способности твёрдых тел находиться в состоянии с различной кристаллической решёткой. Свойство присуще только твердому агрегатному состоянию веществ.
Молекулы и атомы тел типа аморфные поддаются колебаниям, однако незначительным по сравнению с жидкостью, поэтому по внутренним свойствам их можно приравнять к кристаллическим.
Их атомы не находятся в постоянном процессе перестраивания из одного положения в другое, поэтому их состояние равновесия характеризуется как неменяющееся. Аморфные тела в состоянии низкой температуры отвечают свойствам твердых тел. При повышении температуры – меняются связи на молекулярном уровне, а тела начинают напоминать по своим свойствам жидкость.
Аморфные тела имеют одновременно схожесть и с кристаллическими, и с твердыми телами, и с жидкими. Из частицы находятся в определенном порядке, что позволяет создавать материалы, вещества, предметы с заданными и ожидаемыми свойствами. Управляемые свойства твердых тел физика рассматривает как одно из самых основных направлений практически ориентированного изучения того, какими общими свойствами обладают твердые тела и как этими свойствами управлять.
Пластичность и хрупкость
Есть ряд материалов, которые претерпевают деформацию при небольшом внешнем воздействии. Это свойство пластичности, которое отличает аморфные твердые тела.
Другая группа материалов – это материалы, способные разрушиться при незначительном воздействии. Это свойство хрупкости, оно на практике оказывается более востребованным, чем упругость и пластичность. Одним из наиболее хрупких материалов является фарфор. Нам известно, что будет с фарфоровым предметом, если уронить его с высоты.
Один и тот же материал условно способен приобретать упругость или пластичность зависимо от возникающих напряжений. У разных материалов свой предел прочности: при определенной нагрузке происходит разрыв материала. В таком случае говорят, что напряжение в этом момент достигло своего максимального значения. Эта величина зависит от материала и качества его обработки.