Агрегатные состояния вещества
Почему лёд не тонет, почему высоко в горах вода кипит при 90 °C и почему поршень шприца нажимать всё труднее? Меняй температуру и смотри, как частицы застывают в кристалл, скользят в жидкости и разлетаются в газе. Потом разбери настоящую кривую нагревания и закон Бойля на числах из OpenStax и NIST.
О курсе
Поставь на стол стакан со льдом при −12 °C. OpenStax показывает, что происходит: через десять минут лёд нагрелся до 0 °C и немного растаял. Ещё через тридцать минут растаяло больше, но термометр по-прежнему показывает 0 °C. Только когда исчезает последний кусочек льда, температура начинает расти и доходит до 22.2 °C. Всё это время лёд поглощал тепло из комнаты, и курс объясняет, куда это тепло уходило.
Шесть уроков: что такое вещество, частицы в твёрдых телах, жидкостях и газах, плавление и замерзание, испарение и кипение, кривые нагревания, давление газа и закон Бойля. Молекулы воды не меняются: H₂O остаётся H₂O и во льду, и в воде, и в паре. Меняется то, как далеко друг от друга находятся молекулы, насколько сильно они держатся друг за друга и как быстро движутся. Испарение происходит только на поверхности и при любой температуре, а кипение идёт по всему объёму жидкости при одной определённой температуре. Кривая нагревания разбирается на настоящих числах: чтобы превратить 135 г льда при −15 °C в пар при 120 °C, нужно 416 кДж, и 305 кДж из них уходит только на кипение. OpenStax округляет каждый шаг и получает 416 кДж, а сумма неокруглённых значений даёт 415.4 кДж, что и показывает модель в лаборатории.
Последний урок объясняет давление газа движением молекул. Если сжать газ до половины объёма, в каждый участок стенки молекулы ударяют вдвое чаще, и давление удваивается. В практическом вопросе газ занимает 2.0 л при 100 кПа и сжимается до 0.50 л при той же температуре, а ты находишь новое давление.
Перед началом
Ты можешь начать здесь без знаний по химии, ведь первая тема спрашивает, что такое вещество вообще. В теме о кривой нагревания теплоту считают в килоджоулях на моль, поэтому поможет раздел о молях в курсе Химические связи, а для вопросов о законе Бойля хватит умножения и деления.
Когда закончишь
Ты сможешь отличить массу от веса, описать поведение частиц в твёрдом теле, жидкости и газе и объяснить, почему лёд остаётся при 0 °C, пока тает. Ты скажешь, почему вода кипит примерно при 90 °C в Ледвилле, посчитаешь теплоту на плавление льда или кипячение воды по числу молей и найдёшь по закону Бойля новый объём газа.
- 1Что такое веществоНа Луне космонавтка весит в шесть раз меньше, чем на Земле, а её масса не меняется совсем.
- 2Частицы в твёрдых телах, жидкостях и газахМолекулы азота в воздухе вокруг тебя при 30 °C движутся со скоростью около 519 м/с, быстрее пассажирского самолёта.
- 3Плавление и кристаллизацияСтакан со льдом, который грелся от комнатного воздуха, больше получаса держался ровно на 0 °C, пока лёд таял.
- 4Испарение и кипениеВ Ледвилле (штат Колорадо), на высоте около 3100 м, давление воздуха составляет около 68 кПа, и вода кипит примерно при 90 °C.
- 5Кривые нагреванияЧтобы превратить 135 г льда при −15 °C в пар при 120 °C, нужно 416 кДж, и 305 кДж из них уходит только на кипение.
- 6Давление газа и закон БойляВ 1662 году Роберт Бойль сжал запертый воздух до четверти его объёма и обнаружил, что давление выросло примерно в четыре раза.
Источники курса (8)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
- 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
- 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
- 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
- NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
- USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
- Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
- Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.
Проверено: 2026-10-17