I Заттың агрегаттық күйлері

1. 
   
   Заттың қатты, сұйық және газ күйлері
   

Заттың агрегаттық күйі температура мен қысымға тәуелді. Заттың агрегаттық күйін анықтайтын негізгі шама – молекулалардың өзара әсерінің орташа потенциалдық энергиясының олардың орташа кинетикалық энергиясына қатынасы.

Газ (фр. Gas, гр. Chaos – бей-берекет) — заттың атомдары мен молекулалары бір-бірімен әлсіз байланысқандықтан, кез келген бағытта еркін қозғалатын және өзіне берілген көлемге толық жайылып орналасатын агрегаттық күйі. «Газ» атауын ғылыми қолданысқа 17 ғасырдың басында голланд ғалымы Ян Баптист ван Гельмонт енгізген. Газ молекулаларының соқтығысу уақыты олардың еркін жолға кететін уақытынан әлдеқайда аз болады. Химиялық элементтердің өте кіші бөлшекке бөлініп, бейтарап ұшуы. Негізгі тұрмыстағы газдар пропан, бутан, неон және тағыда басқа Газ қатты дене мен сұйықтық тәрізді еркін бет түзбейді және ол берілген көлемді толық толтырып тұрады. Газ тәрізді күй – заттардың (жұлдызаралық заттар, тұмандықтар, жұлдыздар, планеталардың атмосферасы, тағыда басқа) ғаламдағы ең көп таралған күйі. Химиялық қасиеттері бойынша газдар және олардың қоспалары (активтілігі аз инертті газдар мен қопарылғыш газдар қоспасына дейін) сан алуан болып келеді. Газға атомдар мен молекулалардан тұратын жүйе ғана емес, кейде басқа бөлшектерден – фотондардан, электрондардан, броундық бөлшектерден, сондай-ақ плазмадан тұратын жүйелер де жатқызылады.

Бөлме температурасында (+20°С) сынаптан өзге металдар қатты күйде болса, ауадағы көптеген газдар қатты күйге минус (-270°С) температура шамасында ауысады. Жер бетінде температура негізінен +40°С-дан -50°С-ка дейін ауытқиды. Мұндай температурада азот, оттегі, сутегі сияқты заттар тек газ күйінде болатындықтан, оларды газдар деп атап кеткен. Ал газ да өте төменгі температурада сұйық және қатты күйге өте алады. Мысалы, Жерге карағанда Күннен әлдеқайда алыс орналаскан Сатурн, Уран,Нептун планеталары жағдайында жоғарыда аталған газдар сұйық және қатты күйде болады. Ол планеталарда температура өте төмен шамаға (-270°С) жетеді. Бөлме температурасында сынап буланады, ал -30°С-та қатады. Сұйық сынап, әсіресе, оның буы денсаулыққа аса қауіпті. Сондықтан сынабы бар аспаптармен жұмыс жасағанда айрыкша сақтық керек. Егер сынапты төгіп алғандай жағдай туса, міндетті түрде арнаулы қызмет орындарына айтып, кауіпсіздендіру шараларын шұғыл жүргізу қажет.

Әр күйдегі молекуланың қасиеті.
Әр күйдегі заттардың молекулалары да әр түрлі әрекеттеседі. Осыған байланысты олардың касиеттері де өзгеріп отырады. Мысалы, қатты күйдегі денені қысып сығу немесе тартып созу өте қиын. Ол өзінің пішінін де, көлемін де өзгертпей, сақтайды. Көптеген денелер қатты күйге ауысканда оны құрайтын молекулалар (атомдар) кристалдық тop құрайды.
Дененін созылуға да, сығылуға да қарсылық жасап, пішіні мен көлемін сақтауы олардың молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесу күштері арқылы түсіндіріледі. Молекулалардың арасында тартылыс күші де, тебіліс күші де болады. Белгілі бір rO ара қашықтықта молекулалардың арасындағы тартылыс күші тебіліс күшін теңгереді. Ал молекулалардың ара қашықтығы rO-ден кіші болса (rrO болса, онда молекулалардың арасындағы тартылыс күші тебіліс күшінен артық болады да, қатты денені созу қиынға түседі. Пішіні мен көлемін сақтау – қатты денеге тән қасиет.

Сұйық күйдегі дене өзінің пішінін оңай өзгертеді, бірақ көлемін сақтайды. Сұйық құйылған ыдыс пішінін қабылдайды. Аққыштық, көлемін сақтау және пішінін оңай өзгерту – сұйыққа тән қасиет. Сұйықтың бұл қасиеті күрделі пішінді металл бұйымдарын жасауға пайдаланылады. Ол үшін балқыған металды, арнайы жасалған қалыптарға құйып, катырады. Сұйықтың молекулалары қатты денелердің молекулаларына карағанда бір-бірінен алшақ орналасады. Сондықтан олардың арасындағы тартылыс күштері де, тебіліс күштері де қатты денелерге қарағанда кем болады. Сөйтіп, сұйық оңай ағады, оңай бөлінеді. Соған қарамастан сұйықтың көлемін өзгерту өте қиын. Өйткені сұйықтардың молекулалары да белгілі бір rO ара қашықтықта тартылыс күші мен тебіліс күштерінің тепе-теңдігін сақтауға тырысады. Шыны молекулалары ретсіз орналасқандықтан, оның құрылысы кристалл қатты денеден гөрі сұйық молекулаларының орналасуына ұқсас. Молекулалары белгілі бір ретпен қайталанып орналасатын денелер — кристалл денелер, ал молекулалары ретсіз орналасатындары — аморф денелер деп аталады. Шыны аморф денеге жатады. Сұйықтар сияқты шыны молекулалары да аққыш келеді. Бірақ оның аққыштығы өте баяу жүреді. Міне, сондықтан тік қалпында өте ұзақ сақталған шынылардың төменгі жағы бірте-бірте қалыңдай түседі.

Дененің газ күйіндегі молекулалары оның басқа күйлеріне қарағанда тіптен алшақ орналасады. Сондықтан газ молекулаларының арасындағы тартылыс күші де, тебіліс күші де іс жүзінде білінбейді. Оның молекулалары ретсіз үздіксіз қозғала отырып, берілген көлемнің барлық бағытына тарайды.

Ауа — әр түрлі газдардың қоспасы. Ауаның бар екенін, оның газ молекулаларынан тұратынын тыныстап дем алғанда, жел соққанда, жүйрік атпен жүйтки шапқанда сезінеміз. Ауаның бар екенін тәжірибе жасап та байқауға болады. Мысалы, суға шыны стақанды немесе басқа бір ыдысты төңкеріп батыратын болсақ, олардың көлемін су толық толтырмайды. Бұдан ыдыстың «бос» көлемі басқа бір затпен толы екеніне көзіміз жетеді. Ол зат – ауа, дәлірек айтсақ, ауа құрамындағы әр түрлі газдар: мысалы, азот, оттегі, судың буы, т. Б. Заттар. Ал енді суға төңкеріліп батырылған ыдыстың түбі тесік болса, онда ыдыстың іші бірте-бірте суға толады. Оның себебі: ыдыстың көлемін алып тұрған ауа тесік арқылы сыртка шығады да, оның орнын су басады.

Газ молекулалары да, сұйық молекулалары сияқты ретсіз орналасады. Алайда, газ бен сұйықтық арасында елеулі айырмашылық бар. Сұйыққа қарағанда газдың көлемін оп-оңай өзгертуге болады. Мысалы, газ мейлінше оңай сығылады. Допты қолмен-ақ сығып, оның ішіндегі ауаның көлемін едәуір кішірейте аламыз. Газдардың қатты денелерден де, сұйықтықтардан да басты айырмашылығы – олар берілген көлемді түгел қамтып орналасады. Газдың тұрақты көлемі мен нақты пішіні болмайды, ол берілген көлемді түгел қамтиды.