1.8. Тверді тіла, рідини і гази

Матеріали можуть бути твердими, рідкими і газоподібними. Зразок твердого тіла, скажімо шматочок льоду, має певний об'єм, а також жорсткість. Він зберігає свою форму навіть під дією зовнішньої сили, якщо ця сила не настільки велика, щоб зруйнувати зразок. Рідина, наприклад деяка кількість води в чашці, має певний об'єм, але її форма визначається формою посудини. Газ, подібно до водяної пари в циліндрі парової машини, не має ні певної форми, ні певного об'єму — він змінює і форму, і об'єм зі зміною форми й об'єму посудини, в якій його замкнено.

Лід, вода і водяна пара — це одна й та сама хімічна речовина, вода в трьох різних станах. Лід — твердий стан (кристалічний стан) цієї речовини, вода — рідкий стан, а пара води — газоподібний стан.

Тверді тіла бувають кристалічні і некристалічні.

Кристал — це гомогенний матеріал (чиста речовина або розчин), який унаслідок строго визначеної внутрішньої будови має форму, що самочинно утворюється і обмежена плоскими гранями*.

Так, при випарюванні розчину солі утворюються невеликі кубічні кристали твердої солі. Ці кубічні кристали обмежені плоскими квадратними гранями.

Більшість твердих тіл має кристалічну будову. Іноді окремі кристали з плоскими гранями та гострими ребрами й вершинами можна бачити неозброєним оком; іноді їх можна спостерігати лише під мікроскопом.

Деякі тверді речовини, наприклад деревне вугілля, не виявляють кристалічного характеру навіть при розгляданні під мікроскопом високої роздільної здатності; такі тверді тіла називають аморфними (слово «аморфний» означає безформний).

Ряд інших матеріалів, таких як сургуч і скло, називають переохолодженими рідинами. Якщо шматочок сургучу, твердого й крихкого за кімнатної температури, поступово нагрівати, то він розм'якшується і врешті-решт перетворюється на рухому рідину. При охолодженні він поступово переходить у в'язку рідину, а потім у тверде тіло. Таким чином, і за кімнатної температури його можна вважати рідиною, але настільки в'язкою, що її течія відбувається гранично повільно.

1.1 Яка різниця між масою і вагою?

1.2. Куля з металевого плутонію (однієї з п'яти його кристалічних модифікацій) діаметром 7,4 cм важить 3,92 кг. Яка густина плутонію цієї кристалічної структури?

1.3. Вкажіть, які з перелічених нижче матеріалів гомогенні, а які гетерогенні:

1.4. Чи підпадає під визначення мінералу (див. виноску в підрозд. 1.3) льодовиковий лід?

1.5. Вкажіть, які з перелічених нижче гомогенних матеріалів є речовинами, а які розчинами:

1.6. На якій підставі можна стверджувати, що вода — сполука, а не елемент?

Які хімічні ознаки вказують на те, що Оксиген — елемент, а не сполука? Чому в першому реченні сказано «можна стверджувати», а в другому «вказують»?

1.7. Відомі металеві метеорити, що являють собою сплав заліза й нікелю. Багато з таких гомогенних метеоритів було піддано аналізу. Встановлено, що вони містять різні кількості нікелю — 6—10%. З чого складаються такі метеорити — із залізонікелевої сполуки чи з твердого розчину?

1.8. При нагріванні речовини кальциту утворюються негашене вапно і карбон(IV) оксид. Кальцит — це проста речовина чи сполука? Чи можна на підставі цієї інформації сказати, чи є вапно простою речовиною або сполукою?

1.9. При нагріванні алмазу у вакуумі (за відсутності будь-якого іншого матеріалу) він повністю перетворюється на графіт. Чи доводить це, що алмаз — сполука?

1 10. Вкажіть, які з наведених нижче тверджень стосуються фізичних, а які хімічних властивостей:

а) срібло тьмяніє;

б) свинець має високу густину;

в) метали пластичні;

г) бензин горить на повітрі.

1.11. Кілограм золота займає об'єм 51,5 см³. Яка густина золота? (Відповідь: 19,4 г·см^-3.)

1.12. Існує версія, що Архімедові (нар. близько 287 р. до н. е.) було доручено перевірити, чи не зі сплаву золота з міддю замість чистого золота зроблено корону царя Гієрона в Сіракузах (Сицилія). Запропонований ним метод полягав у порівнянні об'єму води, витісненої короною, з об'ємами води, витісненими зразками чистого золота і чистої міді тієї самої ваги. Припустімо, що корона важила 1000 г і витіснила об'єм 71,5 см³:

а) яка густина корони?  

б) якому відсотку вмісту золота в сплаві золота з міддю відповідає ця густина?

Припустімо, що при утворенні сплаву цих двох (металів шляхом їх змішування (сплавляння) не відбувається зміни об'єму. Густина золота 19,40 г·см^-3, (густина міді 8,99 г·см^-3.

1.13. Ртуть замерзає приблизно за —40 °C. Скільком градусам за шкалою Фаренгейта це відповідає?

1.14. Простий спосіб переходу від шкали Фаренгейта до стоградусної шкали Цельсія і навпаки полягає в такому: (додати до вихідної температури 40°, помножити на 5/9 або на 9/5 відповідно і потім відняти 40°. Перевірте цей спосіб, користуючись визначеннями цих двох шкал.

1.15. Яка кількість теплоти потрібна, щоб підвищити температуру 100 г води від 10 до 50 °C? (Відповідь: 16,7 кДж.)

1.16. Температура плавлення чистого заліза 1535 °C. Чому дорівнює ця температура за шкалою Фаренгейта?

1.17. Один літр киплячої води перелили в посудину, що містить 3 л води за 20 °C. Якою буде температура води після перемішування? (Знехтуйте втратами теплоти, пов'язаними з нагріванням посудини.)

1.18. Густина води приблизно дорівнює 1 г·см^-3. На яку глибину нижче від рівня озера має опуститися пірнальник, щоб тиск, який діє на нього, став рівним 3 атм замість 1 атм, яких він зазнає під дією ваги повітря? Чому дорівнює ця глибина?

* Інше визначення кристала, дане на підставі атомної теорії, буде наведено в ході подальшого викладу.