В земных условиях вещества могут пребывать в одном из трёх агрегатных состояний: твёрдом, жидком или газообразном. В каком именно состоянии, или фазе, будет находиться то или иное вещество в данный момент, зависит от двух физических условий — температуры и давления. Переход из одного состояния в другое возможен только при строго определённых условиях.
Структура и особенности твердого агрегатного состояния
Для твёрдых тел характерны относительно низкие температуры, для жидких — средние, а для газообразных — самые высокие.
Это явление связано с тем, что молекулы твёрдых тел обладают наименьшей скоростью, жидкие — несколько большей, а самой высокой скоростью отличаются частицы газов.
В процессе формирования структуры вещества важную роль играют силы взаимного притяжения этих молекул. Если температура тела снижается, снижается и скорость частиц, после чего последние сближаются под действием силы взаимного притяжения и образуют постоянную кристаллическую структуру.
Энергии частице кристаллической решётки хватает только на то, чтобы совершать колебательные движения и вращаться вокруг собственной оси — «побег» для неё практически невозможен.
Именно поэтому твёрдые тела и обладают постоянными формой и объёмом, для изменения которых требуется приложить значительные усилия.
Жидкое агрегатное состояние
Более высокая температура, характерная для молекул жидкости, свидетельствует о большей энергии и скорости. Беспорядочно перемещаясь во всём объёме тела, они, тем не менее, никогда не расходятся далеко одна от другой, крепко связанные силами взаимного притяжения.
Именно поэтому жидкость не имеет собственной формы, а принимает очертания того сосуда, в который её поместят. Изменить объём жидкости чрезвычайно трудно, поскольку тесно связанные между собой частицы не очень-то получается уплотнить.
Как правило, вещества в жидком состоянии легко смешиваются с другими жидкостями.
Чтобы изменить форму жидкости, достаточно перелить её в другой сосуд.
Газ и пар
Результатом процесса нагревания жидкости становится пар. Благодаря полученной энергии частицы жидкости разгоняются до такой степени, что преодолевают силы взаимного притяжения и «разбегаются» во все стороны.
Из-за этого своего свойства пар и газы стремятся заполнить весь предоставленный им объём.
Поскольку плотность частиц в газах очень невелика, такая среда легко поддаётся сжатию (искусственно сблизить частицы газов можно при помощи обычного насоса — что мы и делаем. Например, накачивая камеру велосипеда или футбольного мяча).
Когда температура воздуха опускается ниже О °С, водяной пар замерзает — так получается иней.
Переходные процессы
Изменения агрегатных состояний разных веществ происходят при определённых, разных для каждого вещества давлении и температуре.
Скорость изменения агрегатного состояния зависит от вида вещества и интенсивности, с которой оно получает или утрачивает тепловую энергию.
Когда твёрдое тело нагревается до температуры плавления, его кристаллическая структура разрушается, и вещество переходит в жидкое состояние, причём объём тела несколько возрастает.
При охлаждении наблюдается обратное явление: формируется кристаллическая решётка, что связано с утратой некоторого объёма вещества (данный процесс называется затвердеванием).
Жидкость при нагревании начинает испаряться: над её поверхностью становится всё больше частиц, которые преодолели силы взаимного притяжения с другими.
При резком и значительном изменении температуры возможен переход твёрдого тела сразу в газообразное состояние — такое явление называется сублимацией (обратный процесс — соответственно, ресублимацией).
Некоторые вещества (т. н. аморфные) даже в твёрдом состоянии отличаются нерегулярной структурой, хотя их частицы крепко связаны между собой.
Точно обозначенной температуры плавления у них нет, а при нагревании они сильно размягчаются — как, например, это происходит с янтарём, воском или парафином.