Состояния вещества

Определения и обозначения

Состояние вещества — форма, в которой вещество существует и проявляет свои свойства. Проще говоря, это то, каким мы наблюдаем вещество: например, как лёд, воду или водяной пар. Понятие помогает сравнивать вещества и объяснять, почему одно и то же вещество может выглядеть по-разному.

Твёрдое состояние — состояние, при котором тело сохраняет форму и объём. Если положить кусок льда на тарелку, он не растечётся и не примет её форму. Это определение нужно, чтобы отличать твёрдые тела от жидкостей и газов.

Жидкое состояние — состояние, при котором вещество сохраняет объём, но принимает форму сосуда. Вода может находиться в стакане или миске, и её поверхность будет выглядеть по-разному. Такое определение помогает не путать объём жидкости с её формой.

Газообразное состояние — состояние, при котором вещество не сохраняет ни собственную форму, ни собственный объём. Газ распространяется по пространству, в котором находится, например воздух в комнате. Это понятие помогает объяснить, почему газ может заполнить сосуд целиком.

Как это устроено

Вещество состоит из очень маленьких частиц, которых нельзя разглядеть без специальных приборов. Между частицами есть промежутки, а сами частицы непрерывно движутся. Их движение не прекращается, даже если нам кажется, что вещество спокойно. Представление о частицах помогает объяснить свойства тел, которые мы наблюдаем вокруг.

В твёрдом веществе частицы расположены близко друг к другу и обычно сохраняют свои положения. Они не застывают навсегда, а колеблются около мест, где находятся. Соседние частицы удерживаются рядом, поэтому всё тело не растекается и не распадается при обычных условиях. Из-за такого расположения и движения твёрдое тело сохраняет форму и объём.

В жидкости частицы тоже расположены близко, но они могут перемещаться относительно друг друга. Поэтому части жидкости меняются местами, и жидкость течёт, если наклонить сосуд или перелить её. При этом частицы остаются рядом, так что жидкость не разлетается, как газ. Она сохраняет свой объём, но её форма зависит от сосуда.

В газе частицы находятся далеко друг от друга по сравнению с частицами твёрдого тела или жидкости. Они свободно движутся в разные стороны, поэтому газ легко распространяется. Частицы могут занять разные части пространства, и газ заполняет всё место, которое ему доступно. Именно поэтому воздух в комнате есть не только возле открытого окна, но и в других её частях.

Одно и то же вещество может переходить из одного состояния в другое при нагревании или охлаждении. Например, при охлаждении вода превращается в лёд, а при нагревании лёд может растаять и стать жидкой водой. При дальнейшем нагревании вода может превратиться в водяной пар. Значит, меняется состояние вещества, а не обязательно само вещество.

Сравнение состояний вещества

В таблице сравниваются свойства твёрдого, жидкого и газообразного состояний. Чтобы определить состояние знакомого вещества, найди его пример и проверь признаки формы и объёма. Строки о частицах показывают, почему у каждого состояния такие свойства.

Разбор задач

Задача 1. Определи состояние вещества: кусок льда, вода в стакане, воздух в комнате. Сначала выясним, сохраняет ли каждый пример свою форму и объём. Затем сравним это с признаками трёх состояний. Так мы не просто запомним названия, а применим свойства.

1. Кусок льда остаётся твёрдым и сохраняет форму. Значит, это твёрдое состояние.
2. Вода течёт и принимает форму стакана, но её объём сохраняется. Значит, вода находится в жидком состоянии.
3. Воздух распространяется по комнате и не имеет собственной формы. Значит, это газообразное состояние.

Ответ: лёд — твёрдое вещество, вода — жидкость, воздух — газ.

Задача 2. Воду перелили из узкой бутылки в широкую миску. Что изменилось, а что осталось прежним? Нужно отдельно проверить форму и объём: это разные признаки. Сравним, какой вид имеет вода в каждом сосуде, а затем подумаем, стало ли самой воды больше или меньше. Переливание меняет сосуд, а не количество налитой воды.

1. В узкой бутылке вода принимала её форму, а в миске распределилась по более широкому дну.
2. Значит, форма жидкости изменилась вместе с формой сосуда.
3. Если ничего не пролилось и не добавилось, количество воды и её объём остались примерно прежними.

Ответ: форма воды изменилась, а её объём остался примерно прежним.

Задача 3. Воздух из открытой комнаты закачали в закрытый баллон. Почему воздух принял форму и объём баллона? Здесь нужно вспомнить, что газ не сохраняет собственную форму и занимает доступное ему пространство. Частицы воздуха свободно движутся, поэтому могут распространиться по внутреннему пространству баллона. Его стенки ограничивают это пространство.

1. В комнате воздух был распределён по доступному пространству комнаты.
2. После закачивания частицы оказались внутри закрытого баллона и продолжили двигаться.
3. Стенки баллона не дают воздуху занять пространство снаружи, поэтому газ находится внутри и заполняет доступное ему пространство.

Ответ: воздух принимает форму сосуда и занимает его внутренний объём, потому что газ свободно движется и распространяется в доступном пространстве.

Типичные ошибки

Иногда говорят, что жидкость сохраняет собственную форму. Так можно подумать, если вода стоит в стакане и выглядит похожей на него. Но эту форму задаёт сосуд: перелей воду, и она изменится. Проверь себя, сравнив жидкость в разных ёмкостях.

Другая ошибка — утверждать, что газ совсем не имеет объёма. Газ действительно не сохраняет свой объём, но он занимает пространство, в котором находится. Например, воздух в комнате занимает часть её объёма, а в сосуде распространяется внутри него. Для проверки спроси себя, заполняет ли газ какое-либо пространство.

Частицы твёрдого тела иногда считают полностью неподвижными. Это неверно: они колеблются около своих положений, хотя тело при этом сохраняет форму. Ошибку допускают потому, что движение частиц нельзя увидеть без специальных приборов. Проверь себя: неподвижность не означает полного отсутствия движения.

Ещё одна ошибка — считать воду и лёд разными веществами. Они отличаются внешним видом и свойствами, поэтому их легко перепутать с разными веществами. Но лёд — это вода в твёрдом состоянии, а жидкая вода — то же вещество в другом состоянии. Проверь себя, вспомнив, что вода при охлаждении может превратиться в лёд.

Связь с другими темами

До знакомства с состояниями вещества полезно знать, что тела состоят из веществ и могут иметь форму и объём. Это помогает описывать предметы и отличать само тело от материала, из которого оно сделано. Например, стакан — тело, а стекло — вещество.

Представление о частицах понадобится при изучении нагревания, охлаждения и переходов между состояниями. Если вещество нагреть или охладить, его состояние может измениться. Частицы помогают объяснить, почему происходят такие изменения и какие свойства при этом проявляются.

Что запомнить

• Основные состояния вещества — твёрдое, жидкое и газообразное.
• Твёрдое тело сохраняет форму и объём.
• Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосуда.
• Газ не сохраняет собственную форму и заполняет доступное пространство.
• Частицы вещества постоянно движутся.
• Одно вещество может существовать в разных состояниях.