Хімія

НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ. ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

7. Вуглець

Властивості 6 С.

Атомна маса		кларк, ат.% (поширеність у природі)
Електронна конфігурація*		Агрегатний стан	тверда речовина
			алмаз-бесцв. графіт - сірий
Енергія іонізації			5000 (алмаз)
Відносна електро- негативність		густина	алмаз – 3,51 графіт - 2,2
Можливі ступені окислення		Стандартний електродний потенціал

*Наведено конфігурацію зовнішніх електронних рівнів атома елемента. Конфігурація інших електронних рівнів збігається з такою для благородного газу, що завершує попередній період і вказаний у дужках.

Ізотопи вуглецю.

Вуглець має два стійкі ізотопи: 12 С (98,892%) і 13 З (1,108%). Дуже важливим є радіоактивний ізотоп вуглецю. 14 С, що випускає b-промені з періодом напіврозпаду Т 1/2 = 5570 років. За допомогою радіовуглецевого аналізу шляхом визначення концентрації ізотопу 14 З вчені змогли досить точно датувати вік вуглецевмісних порід, археологічних знахідок, геологічних подій.

Знаходження у природі. У природі вуглець зустрічається у вигляді алмазу карбину та графіту, у сполуках – у вигляді кам'яного та бурого вугілля та нафти. Входить до складу природних карбонатів: вапняку, мармуру, крейди

CaCO 3 , доломіту CaCO 3 Ч MgCO 3. Є важливою складовою органічних речовин.

Фізичні властивості. Атом вуглецю має 6 електронів, 2 з яких утворюють внутрішній шар

(1s 2), a 4 - зовнішній (2s 2 2p 2 ). Зв'язки вуглецю з іншими елементами переважно ковалентні. Звичайна валентність вуглецю – IV. Чудова особливість атомів вуглецю - здатність з'єднуватися між собою з утворенням довгих міцних ланцюгів, у тому числі замкнутих. Число таких сполук величезне, всі вони становлять предмет органічної хімії .

Відмінність алотропних модифікацій вуглецю - яскравий приклад впливу кристалічної будови твердих речовин з їхньої фізичні властивості. У графітатоми вуглецю перебувають у стані

sp 2 - гібридизації та розташовані в паралельних шарах, утворюючи гексагональну сітку. Усередині шару атоми пов'язані набагато сильніше, ніж між шарами, тому властивості графіту сильно різняться за різними напрямками. Так, здатність графіту до розшаровування пов'язана з розривом слабших міжшарових зв'язків по площинах ковзання.

При дуже високих тисках та нагріванні без доступу повітря з графіту може бути отриманий штучний діамант.У кристалі алмазу атоми вуглецю перебувають у стані

sp 3 -гібридизації, і тому всі зв'язки еквівалентні та дуже міцні. Атоми утворюють безперервний тривимірний каркас. Алмаз - найтвердіша речовина, знайдена у природі.

Менш відомі два інші алотропи вуглецю - карбіні фулерен.

Хімічні властивості. Вуглець у вільному стані є типовим відновником.При окисленні киснем у надлишку повітря він перетворюється на оксид вуглецю (IV):

при нестачі - в оксид вуглецю (II):

Обидві реакції дуже екзотермічні.

При нагріванні вуглецю в атмосфері оксиду вуглецю (IV) утворюється чадний газ:

Вуглець відновлює багато металів з їх оксидів:

Так протікають реакції з оксидами кадмію, міді, свинцю. При взаємодії вуглецю з оксидами лужноземельних металів, алюмінію та деяких інших металів утворюються карбіди:

Пояснюється це тим, що активні метали - сильніші відновники, ніж вуглець, тому при нагріванні метали, що утворюються. окислюютьсянадлишком вуглецю, даючи карбіди:

Оксид вуглецю (ІІ).

При неповному окисленні вуглецю утворюється оксид вуглецю (II) - чадний газ.У воді він погано розчинний. Формальний ступінь окислення вуглецю 2+ не відбиває будову молекули ЗІ. У молекулі СО, крім подвійного зв'язку, утвореного усуспільненням електронів вуглецю та кисню, є додатковий, третій зв'язок (зображена стрілкою), утворений за донорно-акцепторним механізмом за рахунок неподіленої пари електронів кисню:

У зв'язку з цим молекула вкрай міцна. Оксид вуглецю (II) є несолетворним і не взаємодіє у звичайних умовах з водою, кислотами та лугами. При підвищених температурах він схильний до реакцій приєднання та окислення-відновлення. На повітрі СО горить синім полум'ям:

Він відновлює метали з їх оксидів:

Під дією опромінення на прямому сонячному світлі або у присутності каталізаторів СО з'єднується з

Cl 2 , утворюючи фосген -вкрай отруйний газ:

У природі оксид вуглецю (II) мало зустрічається.

Він може утворюватися при зневодненні мурашиної кислоти (лабораторний спосіб одержання):

Виходячи з останнього перетворення чисто формальноможна вважати СО ангідридом,мурашиної кислоти. Це підтверджується наступною реакцією, яка відбувається при пропущенні в розплав лугу при високому тиску:

Карбоніли перехідних металів.

З багатьма металами СО утворює леткі карбоніли:

Ковалентний зв'язок

Ni- З молекулі карбонілу нікелю утворюється по донорно-акцепторному механізму, причому електронна щільність зміщується від атома вуглецю до атома нікелю. Збільшення негативного заряду на атомі металу компенсується участю його d-електронів у зв'язку, тому ступінь окислення металу дорівнює 0. При нагріванні карбоніли металів розкладаються на метал та оксид вуглецю (II), що використовується для одержання металів особливої ​​чистоти.

Оксид вуглецю (ІV). Оксид вуглецю (IV) є ангідридом вугільної кислоти Н

2 3 і має всі властивості кислотних оксидів.

При розчиненні

CO 2 у воді частково утворюється вугільна кислота, при цьому в розчині існує така рівновага:

Існування рівноваги пояснюється тим, що вугільна кислота є дуже слабкою кислотою.

1 = 4Ч 10 -7, До 2 = 5Ч 10 -11при 25 ° С). У вільному вигляді вугільна кислота невідома, оскільки вона нестійка та легко розкладається.Вугільна кислота. У молекулі вугільної кислоти атоми водню пов'язані з атомами кисню:

Як двоосновна вона дисоціює східчасто. Вугільна кислота відноситься до слабких електролітів.

Вугільна кислота як двоосновна утворює середні солі. карбонатита кислі солі - гідрокарбонати.Якісною реакцією на ці солі є дія на них сильних кислот. При цій реакції вугільна кислота витісняється зі своїх солей і розкладається із виділенням Вуглекислий газ:

Солі вугільної кислоти.

З солей вугільної кислоти найбільше практичне значення має сода Na 2 3 . Ця сіль утворює кілька кристалогідратів, з яких найстійкішим є Na 2 3 Ч 10H 2 O(кристалічна сода). При прожарюванні кристалічної соди отримують безводну, або кальциновану, соду Na 2 3 . Широко використовується також питна сода NaH 3 . Із солей інших металів важливе значення мають: K 2 3 ( поташ)– білий порошок, добре розчинний у воді, міститься у золі рослин, застосовується у виробництві рідкого мила, оптичного тугоплавкого скла, пігментів; Ca 3 (вапняк)– зустрічається у природі у вигляді мармуру, крейди та вапняку, які застосовують у будівельній справі. з нього отримують вапно та оксид вуглецю ( IV).

Copyright © 2005-2013 Xenoid v2.0

Використання матеріалів сайту можливе за умови вказівки активного посилання

Вугілля, С, хімічний елемент IV групи періодичної системи, атомна вага 12,00, порядковий номер 6. До останнього часу вуглець вважався таким, що не має ізотопів; Лише недавно вдалося за допомогою особливо чутливих методів виявити існування ізотопу С13. Вуглець - один з найважливіших елементів за поширеністю, за численністю та різноманітністю його сполук, за біологічним значенням (як органоген), за широтою технічного використання самого вуглецю та його сполук (як сировини і як джерела енергії для промислових та побутових потреб) і нарешті за своєю Участь у розвитку хімічної науки. Вуглець у вільному стані виявляє яскраво виражене явище алотропії, відоме вже понад півтора століття, але досі не цілком вивчене як через надзвичайну труднощі отримання вуглецю в хімічно чистому вигляді, так і тому, що більшість констант алотропних модифікацій вуглецю сильно змінюється залежно від морфологічних особливостей їх структури, обумовлених способом та умовами отримання.

Вуглець утворює дві кристалічні форми - алмаз і графіт і також відомий в аморфному стані у вигляді т.з. аморфного вугілля. Індивідуальність останнього в результаті недавніх досліджень заперечувалась: вугілля ототожнювали з графітом, розглядаючи той і інший як морфологічні різновиди однієї форми - «чорного вуглецю», а різницю в їх властивостях пояснювали фізичною структурою та ступенем дисперсності речовини. Однак останнім часом отримані факти, що підтверджують існування вугілля як особливої ​​алотропної форми (див. нижче).

Природні джерела та запаси вуглецю. За поширеністю в природі вуглець займає серед елементів 10 місце, становлячи 0,013% атмосфери, 0,0025% гідросфери і близько 0,35% всієї маси земної кори. Більшість вуглецю перебуває у формі кисневих сполук: в атмосферному повітрі міститься ~800 млрд. тонн вуглецю як двоокису СО 2 ; у воді океанів і морів - до 50000 млрд. Тонн вуглецю у вигляді СО2, іона вугільної кислоти та бікарбонатів; в гірських породах - нерозчинні карбонати (кальцію, магнію та інших металів), причому на частку одного СаСО 3 припадає ~160 10 6 млрд. тонн вуглецю. Ці колосальні запаси не становлять, однак, енергетичної цінності; набагато ціннішими є горючі вуглецеві матеріали - копалини вугілля, торф, потім нафту, вуглеводневі гази та інші природні бітуми. Запас цих речовин у земній корі також досить значний: загальна маса вуглецю в викопному вугіллі досягає ~6000 млрд. тонн, у нафті ~10 млрд. тонн і т. д. У вільному стані вуглець зустрічається досить рідко (алмаз і частина речовини графітів). Копалини вугілля майже або зовсім не містять вільного вуглецю: вони складаються гол. обр. з високомолекулярних (поліциклічних) і стійких сполук вуглецю з іншими елементами (Н, О, N, S) ще дуже мало вивчених. Вуглецеві сполуки живої природи (біосфери земної кулі), що синтезуються в рослинних і тваринних клітинах, відрізняються надзвичайною різноманітністю властивостей і кількостей складу; Найбільш поширені в рослинному світі речовини - клітковина та лігнін - відіграють роль і як енергетичні ресурси.

Вуглець зберігає сталість розподілу в природі завдяки безперервному кругообігу, цикл якого складається з синтезу складних органічних речовин у рослинних і тваринних клітинах та із зворотної дезагрегації цих речовин при їх окислювальному розпаді (горіння, гниття, дихання), що призводить до утворення СО 2 , яка знову використовується рослин для синтезу. Загальна схема цього круговороту м. б. представлена ​​в наступному вигляді:

Одержання вуглецю. Вуглецеві сполуки рослинного та тваринного походження нестійкі при високих температурах і, піддані нагріванню не нижче 150-400°С без доступу повітря, розкладаються, виділяючи воду і леткі сполуки вуглецю і залишаючи твердий нелетючий залишок, багатий на вуглець і зазвичай званий вугіллям. Цей піролітичний процес носить назву обвуглювання, або сухої перегонки, і широко застосовується в техніці. Високотемпературний піроліз викопного вугілля, нафти і торфу (при температурі 450-1150°С) призводить до виділення вуглецю у графітоподібній формі (кокс, ретортне вугілля). Чим вище температура обвуглювання вихідних матеріалів, тим вугілля або кокс, що отримується, ближче за складом до вільного вуглецю, а за властивостями - до графіту.

Аморфне вугілля, що утворюється при температурі нижче 800°С, не м. б. розглядаємо як вільний вуглець, бо містить значну кількість хімічно пов'язаних інших елементів, гол. обр. водню та кисню. З технічних продуктів до аморфного вугілля найбільш близькі за властивостями активоване вугілля та сажа. Найбільш чисте вугілля м. б. отриманий обвуглюванням чистого цукру або піпероналу, спеціальною обробкою газової сажі і т. п. Штучний графіт, отриманий електротермічним шляхом, складом становить майже чистий вуглець. Природний графіт завжди буває забруднений мінеральними домішками і крім того містить кілька зв'язаних водню (Н) і кисню (О); у відносно чистому стані він м. б. отримано лише після низки спеціальних обробок: механічного збагачення, промивання, обробки окислювачами та прожарювання за високої температури до повного видалення летких речовин. У технології вуглецю ніколи не мають справи із абсолютно чистим вуглецем; це стосується не тільки натуральної вуглецевої сировини, але й продуктів його збагачення, облагороджування та термічного розкладання (піролізу). Нижче наведено вміст вуглецю в деяких вуглецевих матеріалах (%):

Фізичні властивості вуглецю. Вільний вуглець майже зовсім неплавкий, нелеткий і при звичайній температурі нерозчинний в жодному з відомих розчинників. Він розчиняється лише в деяких розплавлених металах, особливо при температурі, що наближаються до температури кипіння останніх: у залозі (до 5%), сріблі (до 6%)| рутенії (до 4%), кобальті, нікелі, золоті та платині. За відсутності кисню вуглець є найбільш жарозривким матеріалом; рідкий стан для чистого вуглецю невідомий, а перетворення його в пару починається лише при температурі вище 3000°С. Тому визначення властивостей вуглецю вироблялося виключно твердого агрегатного стану. З модифікацій вуглецю алмаз має найбільш постійні фізичні властивості; властивості графіту в різних його зразках (навіть найчистіших) значно варіюють; ще непостійні властивості аморфного вугілля. Найважливіші фізичні константи різних модифікацій вуглецю зіставлені таблиці.

Алмаз - типовий діелектрик, у той час як графіт і вугілля мають металеву електропровідність. По абсолютній величині провідність їх змінюється у дуже широких межах, але для вугілля вона завжди нижча, ніж для графітів; у графітів наближається до провідності справжніх металів. Теплоємність всіх модифікацій вуглецю за температури >1000°З прагне постійному значенню 0,47. При температурі нижче -180 ° С теплоємність алмазу стає зникаюче малою і при -27 ° С вона практично стає рівною нулю.

Хімічні властивості вуглецю. При нагріванні вище 1000°С як алмаз, так і вугілля поступово перетворюються на графіт, який слід розглядати як найбільш стійку (в умовах високих температур) монотропну форму вуглецю. Перетворення аморфного вугілля на графіт починається мабуть близько 800°С і закінчується при 1100°С (у цій останній точці вугілля втрачає свою адсорбційну активність і здатність до реактивації, а електропровідність його різко зростає, залишаючись надалі майже постійною). Для вільного вуглецю характерна інертність за нормальних температур і значна активність - за високих. Найбільш активний у хімічному відношенні аморфне вугілля, тоді як алмаз має найбільшу резистентність. Так, наприклад, фтор реагує з вугіллям при температурі 15°С, з графітом лише при 500°С, а з алмазом при 700°С. При нагріванні на повітрі пористе вугілля починає окислюватися нижче 100°С, графіт близько 650°С, алмаз вище 800°С. При температурі 300°З вище вугілля з'єднується з сіркою в сірковуглець CS 2 . При температурі вище 1800°С вуглець (вугілля) починає взаємодіяти з азотом, утворюючи (у незначних кількостях) диціан C2N2. Взаємодія вуглецю з воднем починається при 1200°З, причому в інтервалі температур 1200-1500°З утворюється тільки метан СН 4; вище 1500°С - суміш метану, етилену (З 2 Н 4) та ацетилену (З 2 Н 2); при температурі близько 3000 ° С виходить майже виключно ацетилен. При температурі електричної дуги вуглець входить у пряме з'єднання з металами, кремнієм і бором, утворюючи відповідні карбіди. Прямими чи непрямими шляхами м. б. одержані сполуки вуглецю з усіма відомими елементами, крім газів нульової групи. Вуглець - елемент неметалевого характеру, який виявляє деякі ознаки амфотерності. Атом вуглецю має діаметр 1,50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 см) і містить у зовнішній сфері 4 валентні електрони, які з рівною легкістю віддаються або доповнюються до 8; тому нормальна валентність вуглецю як киснева, і воднева дорівнює чотирьом. У переважній більшості своїх сполук вуглець чотиривалентний; лише в незначній кількості відомі сполуки двовалентного вуглецю (окис вуглецю та її ацеталі, ізонітрили, гримуча кислота та її солі) та тривалентного (т.з. «вільний радикал»).

З киснем вуглець утворює два нормальні оксиди: двоокис вуглецю 2 кислотного характеру і нейтральний окис вуглецю СО. Крім того, існує ряд недокисів вуглецю, Що містять більше 1 атома, що не мають технічного значення; їх найбільш відома недокис складу З 3 Про 2 (газ із температурою кипіння +7°З температурою плавлення -111°С). Першим продуктом горіння вуглецю та його сполук є СО 2 , що утворюється за рівнянням:

С+О2 = СО2+97600 cal.

Утворення ЗІ при неповному згорянні палива є результатом вторинного відновлювального процесу; відновником у цьому випадку служить сам вуглець, який при температурі вище 450°С реагує з 2 за рівнянням:

2 +С = 2СО -38800 cal;

реакція ця оборотна; вище 950°З перетворення 2 в СО робиться практично повним, що і здійснюється в газогенераторних печах. Енергійна відновна здатність вуглецю при високих температурах використовується також при отриманні водяного газу (Н 2 Про+С = СО+Н 2 -28380 cal) та в металургійних процесах - для отримання вільного металу з його оксиду. До дії деяких окислювачів алотропні форми вуглецю відносяться по-різному: наприклад, суміш KCIO 3 + HNO 3 на алмаз зовсім не діє, аморфне вугілля окислюється нею сповна в СО 2 , А графіт дає сполуки ароматичного ряду - графітові кислоти з емпіричною формулою (С 2 ОН) х і надалі мелітову кислоту 6 (СООН) 6 . Сполуки вуглецю з воднем - вуглеводні - вкрай численні; від них генетично виробляється більшість інших органічних сполук, які крім вуглецю входять найчастіше Н, Про, N, S і галоїди.

Виняткове різноманіття органічних сполук, яких відоме до 2 млн., обумовлено деякими особливостями вуглецю як елемента. 1) Для вуглецю характерна міцність хімічної зв'язку з більшістю інших елементів як металевого, і неметалевого характеру, завдяки чому він утворює досить стійкі сполуки і з тими та іншими. Вступаючи в поєднання з іншими елементами, вуглець дуже мало схильний до утворення іонів. Більшість органічних сполук - гомеополярного типу й у нормальних умовах не дисоціює; розрив внутрішньомолекулярних зв'язків у них нерідко потребує витрати значної кількості енергії. При судженні про міцність зв'язків слід однак розрізняти; а) міцність зв'язку абсолютну, що вимірюється термохімічним шляхом, і б) здатність зв'язку розриватися під дією різних реагентів; ці дві характеристики які завжди збігаються. 2) Атоми вуглецю з винятковою легкістю зв'язуються один з одним (неполярно), утворюючи вуглецеві ланцюги, відкриті або замкнуті. Довжина таких ланцюгів мабуть не схильна до жодних обмежень; так, відомі цілком стійкі молекули з відкритими ланцюгами із 64 атомів вуглецю. Подовження та ускладнення відкритих ланцюгів не відбивається на міцності зв'язку їх ланок між собою чи іншими елементами. Серед замкнутих ланцюгів найлегше утворюються 6- і 5-члені кільця, хоча відомі кільчасті ланцюги, що містять від 3 до 18 вуглецевих атомів. Здатність атомів вуглецю до взаємної сполуки добре пояснює особливі властивості графіту та механізм процесів обвуглювання; вона робить зрозумілим і те що, що вуглець невідомий у вигляді двоатомних молекул З 2 , чого можна очікувати за аналогією коїться з іншими легкими неметалевими елементами (у пароподібної формі вуглець складається з одноатомних молекул). 3) Завдяки неполярному характеру зв'язків дуже багато сполук вуглецю мають хімічну інертність не тільки зовнішньої (повільність реагування), а й внутрішньої (утрудненість внутрішньомолекулярних перегрупувань). Наявність великих «пасивних опорів» сильно ускладнює мимовільне перетворення нестійких форм на стійкі, часто зводячи швидкість такого перетворення на нуль. Результатом цього є можливість реалізації великої кількості ізомерних форм, практично однаково стійких за звичайної температури.

Алотропія та атомна структура вуглецю . Рентгенографічний аналіз дав можливість достовірно встановити атомну структуру алмазу і графіту. Той самий метод дослідження пролив світло і питання існування третьої алотропной модифікації вуглецю, що є по суті питанням про аморфності чи кристалічності вугілля: якщо вугілля - аморфне освіту, він не м. б. ототожнений ні з графітом, ні з алмазом, а має розглядатися як особлива форма вуглецю, як індивідуальна проста речовина. В алмазі атоми вуглецю розміщені т. о., кожен атом лежить у центрі тетраедра, вершинами якого є 4 суміжних атома; кожен із останніх у свою чергу є центром іншого такого ж тетраедра; відстані між суміжними атомами дорівнюють 1,54 Ᾰ (ребро елементарного куба кристалічної решітки дорівнює 3,55 Ᾰ). Така структура є найбільш компактною; їй відповідають висока твердість, щільність та хімічна інертність алмазу (рівномірний розподіл валентних сил). Взаємний зв'язок атомів вуглецю в решітці алмазу така сама, як і в молекулах більшості органічних сполук жирного ряду (тетраедрична модель вуглецю). У кристалах графіту атоми вуглецю розташовані щільними шарами, віддаленими друг від друга на 3,35-3,41 Ᾰ; напрям цих шарів збігається з площинами спайності та площинами ковзання при механічних деформаціях. У площині кожного шару атоми утворюють сітку із шестикутними осередками (роти); сторона такого шестикутника дорівнює 142-145 Ᾰ. У суміжних шарах шестикутники не лежать один під одним: збіг їх по вертикалі повторюється лише через 2 шари третьому. Три зв'язки кожного атома вуглецю лежать в одній площині, утворюючи кути 120°; 4-я зв'язок спрямована поперемінно у той чи інший бік від площини до атомів сусідніх верств. Відстані між атомами в шарі суворо постійні, а відстань між окремими шарами м. б. змінено зовнішніми впливами: так, при пресуванні під тиском до 5000 atm воно зменшується до 2,9 Ᾰ, а при набуханні графіту в концентрованій HNO 3 - збільшується до 8 Ᾰ. У площині одного шару атоми вуглецю пов'язані гомеополярно (як у вуглеводневих ланцюгах), зв'язки між атомами суміжних шарів мають швидше металевий характер; це видно з того, що електропровідність кристалів графіту в напрямку, перпендикулярному до шарів, ~100 разів перевищує провідність у напрямку шару. Т. о. графіт має властивості металу в одному напрямку і властивості неметалу - в іншому. Розташування атомів вуглецю в кожному шарі грати графіту таке саме, як у молекулах складноядерних ароматичних сполук. Така конфігурація добре пояснює різку анізотропність графіту, виключно розвинену спайність, антифрикційні властивості та утворення ароматичних сполук за його окислення. Аморфна модифікація чорного вуглецю, мабуть, існує як самостійна форма (О. Руфф). Для неї найімовірнішим є піноподібна комірчаста будова, позбавлена ​​будь-якої правильності; стінки таких осередків утворені шарами активних атоміввуглецю товщиною приблизно 3 атома. Насправді активна субстанція вугілля залягає зазвичай під оболонкою з тісно розташованих неактивних атомів вуглецю, орієнтованих графітообразно, і пронизана включеннями дуже дрібних графітових кристаллітів. Певної точки перетворення вугілля→графіт ймовірно немає: між обома модифікаціями здійснюється безперервний перехід, протягом якого відбувається перебудова безладно скупченої маси С-атомів аморфного вугілля в правильні кристалічні грати графіту. В силу свого безладного розташування атоми вуглецю в аморфному вугіллі виявляють максимум залишкової спорідненості, що (згідно з уявленнями Лангмюїра про тотожність адсорбційних сил з валентними силами) відповідає настільки характерною для вугілля високої адсорбційної і каталітичної активності. Атоми вуглецю, орієнтовані в кристалічну решітку, витрачають на взаємне зчеплення всю свою спорідненість (в алмазі) або більшу частину його (у графіті); цьому відповідає зниження хімічної активності та активності адсорбційної. У алмазу адсорбція можлива лише на поверхні монокристала, у графіту залишкова валентність може проявлятися на обох поверхнях кожної плоскої решітки (в «щілинах» між шарами атомів), що і підтверджується фактом здатності графіту до набухання в рідинах (HNO 3) та механізмом його окислення в графітову кислоту.

Технічне значення вуглецю. Щодо б. або м. вільного вуглецю, одержуваного при процесах обвуглювання і коксування, його застосування в техніці ґрунтується як на хімічних (інертність, відновна здатність), так і на фізичних його властивостях (жаростійкість, електропровідність, адсорбційна здатність). Так, кокс і деревне вугілля, крім часткової прямої утилізації їх як безполум'яне паливо, використовуються для отримання газоподібного пального (генераторних газів); у металургії чорних та кольорових металів – для відновлення металевих оксидів (Fe, Сu, Zn, Ni, Сг, Мn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi); у хімічній технології - як відновник при отриманні сульфідів (Na, Са, Ва) з сульфатів, безводних хлористих солей (Mg, Аl), з оксидів металів, при виробництві розчинного скла та фосфору - як сировина для одержання карбіду кальцію, карборунду та інших карбідів сірковуглецю і т. д.; у будівельній справі – як термоізолюючий матеріал. Ретортне вугілля та кокс служать матеріалом для електродів електричних печей, електролітичних ванн та гальванічних елементів, для виготовлення дугового вугілля, реостатів, колекторних щіток, плавильних тиглів тощо, а також як насадка в хімічній апаратурі баштового типу. Деревне вугілля крім зазначених вище застосувань йде для отримання концентрованого окису вуглецю, ціаністих солей, для цементації сталі, широко використовується як адсорбент, як каталізатор для деяких синтетичних реакцій, нарешті входить до складу димного пороху та інших вибухових та піротехнічних складів.

Аналітичне визначення вуглецю. Якісно вуглець визначається обвуглюванням проби речовини без доступу повітря (що придатно далеко не для всіх речовин) або, що набагато надійніше, вичерпним окисленням його, наприклад, прожарюванням в суміші з окисом міді, причому утворення 2 доводиться звичайними реакціями. Для кількісного визначення вуглецю навішування речовини спалюється в атмосфері кисню; утворюється 2 уловлюється розчином лугу і визначається ваговим або об'ємним шляхом за звичайними методами кількісного аналізу. Цей спосіб придатний визначення вуглецю у органічних сполуках і технічних вугіллі, а й у металах.

Несолетворні (байдужі, індиферентні) оксиди СО, SiO, N 2 0, NO.

Солеутворюючі оксиди:

Основні. Оксиди, гідрати яких є основами. Оксиди металів зі ступенями окиснення +1 і +2 (рідше +3). Приклади: Na 2 O – оксид натрію, СаО – оксид кальцію, CuO – оксид міді (II), СоО – оксид кобальту (II), Bi 2 O 3 – оксид вісмуту (III), Mn 2 O 3 – оксид марганцю (III) ).

Амфотерні. Оксиди, гідрати яких є амфотерними гідроксидами. Оксиди металів зі ступенями окиснення +3 і +4 (рідше +2). Приклади: Аl 2 O 3 – оксид алюмінію, Cr 2 O 3 – оксид хрому (III), SnO 2 – оксид олова (IV), МnO 2 – оксид марганцю (IV), ZnO – оксид цинку, ВеО – оксид берилію.

Кислотні. Оксиди, гідрати яких є кисневмісними кислотами. Оксиди неметалів. Приклади: Р 2 Про 3 - оксид фосфору (III), СО 2 - оксид вуглецю (IV), N 2 O 5 - оксид азоту (V), SO 3 - оксид сірки (VI), Cl 2 O 7 - оксид хлору ( VII). Оксиди металів зі ступенями окиснення +5, +6 та +7. Приклади: Sb 2 O 5 – оксид сурми (V). СrОз - оксид хрому (VI), МnОз - оксид марганцю (VI), Мn 2 O 7 - оксид марганцю (VII).

Зміна характеру оксидів зі збільшенням ступеня окиснення металу

Фізичні властивості

Оксиди бувають тверді, рідкі та газоподібні, різного кольору. Наприклад: оксид міді (II) CuO чорного кольору, оксид кальцію СаО білого кольору – тверді речовини. Оксид сірки (VI) SO 3 - безбарвна летюча рідина, а оксид вуглецю (IV) СО 2 - безбарвний газ за звичайних умов.

Агрегатний стан

CaO, СуO, Li 2 O та ін основні оксиди; ZnO, Аl 2 O 3 , Сr 2 O 3 та ін амфотерні оксиди; SiO 2 Р 2 O 5 СrO 3 та ін кислотні оксиди.

SO 3 , Cl 2 O 7 , Мn 2 O 7 та ін.

Газоподібні:

CO 2 , SO 2 , N 2 O, NO, NO 2 та ін.

Розчинність у воді

Розчинні:

а) основні оксиди лужних та лужноземельних металів;

б) практично всі кислотні оксиди (виняток: SiO 2).

Нерозчинні:

а) всі інші основні оксиди;

б) усі амфотерні оксиди

Хімічні властивості

1. Кислотно-основні властивості

Загальними властивостями основних, кислотних та амфотерних оксидів є кислотно-основні взаємодії, що ілюструються наступною схемою:

(тільки для оксидів лужних та лужноземельних металів) (крім SiO 2).

Амфотерні оксиди, володіючи властивостями та основних та кислотних оксидів, взаємодіють із сильними кислотами та лугами:

2. Окисно-відновні властивості

Якщо елемент має змінну ступінь окислення (с. о.), його оксиди з низькими с. о. можуть виявляти відновлювальні властивості, а оксиди з високими с. о. - Окислювальні.

Приклади реакцій, у яких оксиди виступають у ролі відновників:

Окислення оксидів із низькими с. о. до оксидів із високими с. о. елементів.

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2S +4 O 2 + O 2 = 2S +6 O 3

2N +2 O + O 2 = 2N +4 O 2

Оксид вуглецю (II) відновлює метали з їх оксидів та водень із води.

C +2 O + FeO = Fe + 2C +4 O 2

C +2 O + H 2 O = H 2 + 2C +4 O 2

Приклади реакцій, у яких оксиди виступають у ролі окислювачів:

Відновлення оксидів з високими о. елементів до оксидів із низькими с. о. або до найпростіших речовин.

C +4 O 2 + C = 2C +2 O

2S +6 O 3 + H 2 S = 4S +4 O 2 + H 2 O

C +4 O 2 + Mg = C 0 + 2MgO

Cr +3 2 O 3 + 2Al = 2Cr 0 + 2Al 2 O 3

Cu +2 O + H 2 = Cu 0 + H 2 O

Використання оксидів малоактивних металів для окислення органічних речовин.

Деякі оксиди, в яких елемент має проміжну с. о., здатні до диспропорціювання;

наприклад:

2NO 2 + 2NaOH = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O

Способи отримання

1. Взаємодія простих речовин - металів та неметалів - з киснем:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Cu + O 2 = 2CuO;

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5

2. Дегідратація нерозчинних основ, амфотерних гідроксидів та деяких кислот:

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

H 2 SO 3 = SO 2 + H 2 O

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O

3. Розкладання деяких солей:

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

CaCO 3 = CaO + CO 2

(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O

4. Окислення складних речовин киснем:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + H 2 O

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

5.Відновлення кислот-окислювачів металами та неметалами:

Cu + H 2 SO 4 (кінець) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 (кінець) + 4Ca = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

2HNO 3 (розб) + S = H 2 SO 4 + 2NO

6. Взаємоперетворення оксидів у ході окисно-відновних реакцій (див. окисно-відновні властивості оксидів).

А.брома
Б.Йода
В.Фтора
Г.Хлора
2.З перелічених хім.елементів найменшою електронегативністю в з'єднаннях володіє атом
О.Брома
Б.Йода
В.Фтора
Г.Хлора
3.З перелічених речовин найбільш яскраво виражені відновлювальні властивості має
О.Бром
Б.Йод
В.Фтор
Г.Хлор
4. Агрегатний стан фтору за звичайних умов
А.Газоподібне
Б. Рідке
В.Тверде
5.Хімічний зв'язок у молекулі йоду
А.Іонна
Б.Ковалентна неполярна
В.Ковалентна полярна
Г.Металічна
6. Пара формул речовин, у кожному з яких зв'язок тільки ковалентна полярна
А.Br2;I2
Б.HCl; HBr
В.NaCl;KBr
Г.Cl2;HCl
7. Назва галогену, який був застосований у бойових умовах як отруйна речовина
О.Бром
Б.Йод
В.Фтор
Г.Хлор
8. Бром не взаємодіє з речовиною
А.NaCl(р-р)
Б.H2
В.Ki(р-р)
Г.Mg

Допоможіть будь ласка, дуже прошу!

2 (2 бали). З перерахованих хімічних елементів найбільший атомний радіус атома:
А. Брома. Б. Йода. Ст Фтора. Г. Хлора.
3 (2 бали). З перерахованих хімічних елементів найменшою
електронегативністю в з'єднаннях володіє атом:
А. Вг. Б. I. В. F. Г. Сl.
4 (2 бали). Положення елемента хлору в періодичній системі:
А. 2-й період, головна підгрупа 7 групи.
Б. З-й період, головна підгрупа 7 групи.
4-й період, головна підгрупа 7 групи.
5-й період, головна підгрупа 7 групи.
5 (2 бали). З перерахованих речовин найбільш яскраво виражені відновлювальні властивості має:
6 (2 бали). Агрегатний стан фтору за звичайних умов:
А. Газоподібне. Б. Рідке. В. Тверде.
7 (2 бали). Хімічний зв'язок у молекулі йоду:
А. Іонна.
Б. Ковалентна неполярна.
В. Ковалентна полярна.
Г. Металева.
8 (2 бали). Пара формул речовин, у кожному з яких зв'язок тільки ковалентний полярний:
А. Вг2, i2. Б. НСІ, HВг. В. NaСI, КВг. Г. С12, HCl
9 (2 бали). Назва галогену, який був застосований у бойових умовах як отруйна речовина:
А. Бром. Б. Йод. Ст Фтор. Г. Хлор.
10 (2 бали). Бром не взаємодіє з речовиною, формула якої:
А. NаСI (р-р). Б. H2. Ст КІ(р-р). Г. Мg.
11 (12 балів). Наведіть приклади сполук хлору, в яких він утворює ковалентний неполярний, ковалентний полярний та іонний зв'язок. Відповідь ілюструйте схемами утворення хімічного зв'язку.

12 (6 балів). Напишіть молекулярні рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:
NаСI----Сl2---СuСl2 ---АgСl.
Реакцію 1 розгляньте з погляду ОВР.

13 (6 балів). Як розпізнати розчини броміди натрію та нітрату натрію? Запишіть молекулярне, повне та скорочене іонні рівняння.

14 (4 бали). Галогеноводні в лабораторії одержують шляхом взаємодії концентрованої сірчаної кислоти з галогенідами металів. За схемою
NaCl +Н2sО4----NaHSО4 + НCl
Розрахуйте масу галогеноводу, отриманого з 1,5 моли йодиду натрію.

Найбільш поширене знання про три агрегатні стани: рідкий, твердий, газоподібний, іноді згадують про плазмовий, рідше рідкокристалічний. Останнім часом в інтернеті поширився перелік 17 фаз речовини, взятий із відомої Стівена Фрая. Тому розповімо про них докладніше, т.к. про матерію слід знати трохи більше хоча б для того, щоб краще розуміти процеси, що відбуваються у Всесвіті.

Наведений нижче список агрегатних станів речовини зростає від найхолодніших станів до гарячих і т.ч. може бути продовжено. Одночасно слід розуміти, що від газоподібного стану (№11), самого «розтисненого», в обидві сторони списку ступінь стиснення речовини та її тиск (з деякими застереженнями для таких невивчених гіпотетичних станів, як квантовий, променевий або слабосиметричний) зростають. наведено наочний графік фазових переходів матерії.

1. Квантове- Агрегатний стан речовини, що досягається при зниженні температури до абсолютного нуля, в результаті чого зникають внутрішні зв'язки і матерія розсипається на вільні кварки.

2. Конденсат Бозе-Ейнштейна- Агрегатний стан матерії, основу якої становлять бозони, охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля (менше мільйонної частки градуса вище абсолютного нуля). У такому сильно охолодженому стані досить багато атомів виявляється у своїх мінімально можливих квантових станах і квантові ефекти починають проявлятися на макроскопічному рівні. Конденсат Бозе-Ейнштейна (який часто називають «бозе-конденсат», або просто «бек») виникає, коли ви охолоджуєте той чи інший хімічний елемент до надзвичайно низьких температур (як правило, до температури трохи вище за абсолютний нуль, мінус 273 градуси за Цельсієм) , - Теоретична температура, при якій все перестає рухатися).
Ось тут із речовиною починають відбуватися зовсім дивні речі. Процеси, які зазвичай спостерігаються лише на рівні атомів, тепер протікають у масштабах, досить великих для спостереження неозброєним оком. Наприклад, якщо помістити «бек» в лабораторну склянку і забезпечити потрібний температурний режим, речовина почне повзти вгору по стінці і зрештою сама по собі вибереться назовні.
Зважаючи на все, тут ми маємо справу з марною спробою речовини знизити власну енергію (яка і так знаходиться на найнижчому з усіх можливих рівнів).
Уповільнення атомів з використанням охолоджувальної апаратури дозволяє отримати сингулярний квантовий стан, відомий як конденсат Бозе, або Бозе Ейнштейна. Це явище було передбачено в 1925 році А. Ейнштейном, як результат узагальнення роботи Ш. Бозе, де будувалася статистична механіка для частинок, починаючи від безмасових фотоно до володіють масою атомів (рукопис Ейнштейна, яка вважалася втраченою, була виявлена ​​в бібліотеці Лейденського університету) ). Результатом зусиль Бозе та Ейнштейна стала концепція Бозе газу, що підпорядковується статистиці Бозе - Ейнштейна, яка описує статистичний розподіл тотожних частинок із цілим спином, які називають бозонами. Бозони, якими є, наприклад, окремі елементарні частинки — фотони, і цілі атоми, можуть бути один з одним в однакових квантових станах. Ейнштейн припустив, що охолодження атомів — бозонів до дуже низьких температур змусить їх перейти (чи інакше, сконденсуватися) в найнижчий можливий квантовий стан. Результатом такої конденсації стане поява нової форми речовини.
Цей перехід виникає нижче критичної температури, яка для однорідного тривимірного газу, що складається з частинок, що невзаємодіють, без будь-яких внутрішніх ступенів свободи.

3. Ферміонний конденсат- Агрегатний стан речовини, схоже з беком, але відрізняється за будовою. При наближенні до абсолютного нуля атоми поводяться по-різному залежно від величини моменту кількості руху (спина). У бозонів спини мають цілі значення, а у ферміонів - кратні 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Ферміони підпорядковуються принципу заборони Паулі, згідно з яким два ферміони не можуть мати один і той же квантовий стан. Для бозонів такої заборони немає, і тому у них є можливість існувати в одному квантовому стані і утворювати таким чином так званий конденсат Бозе-Ейнштейна. Процес утворення цього конденсату відповідає за перехід у надпровідний стан.
Електрони мають спін 1/2 і, отже, належать до ферміонів. Вони поєднуються в пари (так звані пари Купера), які потім утворюють Бозе-конденсат.
Американські вчені спробували отримати свого роду молекули з атомів-ферміонів при глибокому охолодженні. Відмінність від справжніх молекул полягала в тому, що між атомами не було хімічного зв'язку – просто вони рухалися разом, корелованим чином. Зв'язок між атомами виявився навіть міцнішим, ніж між електронами в куперівських парах. У утворених пар ферміонів сумарний спин вже не кратний 1/2, отже, вони поводяться як бозони і можуть утворювати бозе-конденсат з єдиним квантовим станом. В ході експерименту охолоджували газ з атомів калію-40 до 300 нанокельвінів, при цьому газ полягав у так звану оптичну пастку. Потім наклали зовнішнє магнітне поле, за допомогою якого вдалося змінити природу взаємодій між атомами – замість сильного відштовхування почало спостерігатися сильне тяжіння. При аналізі впливу магнітного поля вдалося знайти таке його значення, у якому атоми почали поводитися, як куперовские пари електронів. На наступному етапі експерименту вчені мають намір отримати ефекти надпровідності для ферміонного конденсату.

4. Надплинна речовина— стан, у якому у речовини фактично відсутня в'язкість, а при перебігу він не відчуває тертя з твердою поверхнею. Наслідком цього є, наприклад, такий цікавий ефект, як повне мимовільне «виповзання» надплинного гелію з судини на його стінках проти сили тяжіння. Порушення закону збереження енергії тут, звісно ж, немає. За відсутності сил тертя на гелій діють лише сили тяжіння, сили міжатомної взаємодії між гелієм та стінками судини та між атомами гелію. Так ось, сили міжатомної взаємодії перевищують решту всіх сил разом узятих. В результаті гелій прагне розтечитися якнайсильніше по всіх можливих поверхнях, тому і «мандрує» по стінках судини. У 1938 році радянський учений Петро Капіца довів, що гелій може існувати в надплинному стані.
Варто відзначити, що багато незвичайних властивостей гелію відомі вже досить давно. Однак і останніми роками цей хімічний елемент «балує» нас цікавими та несподіваними ефектами. Так, у 2004 році Мозес Чань та Еун-Сьонг Кім з Університету Пенсільванії заінтригували науковий світ заявою про те, що їм вдалося отримати абсолютно новий стан гелію — надплинну тверду речовину. У цьому стані одні атоми гелію в кристалічній решітці можуть обтікати інші, і таким чином гелій може текти сам через себе. Ефект «надтвердості» теоретично було передбачено ще 1969 року. І ось 2004 року — начебто експериментальне підтвердження. Проте пізніші й дуже цікаві експерименти показали, що не так просто, і, можливо, така інтерпретація явища, яке до цього приймалося за надплинність твердого гелію, неправильна.
Експеримент вчених під керівництвом Хемфрі Маріса з Університету Брауна в США був простим і витонченим. Вчені поміщали перегорнуту вгору дном пробірку в замкнутий резервуар з рідким гелієм. Частину гелію в пробірці та в резервуарі вони заморожували таким чином, щоб межа між рідким і твердим усередині пробірки була вищою, ніж у резервуарі. Іншими словами, у верхній частині пробірки був рідкий гелій, у нижній - твердий, він плавно переходив у тверду фазу резервуара, над якою було налито трохи рідкого гелію - нижче, ніж рівень рідини в пробірці. Якби рідкий гелій став просочуватися через твердий, то різниця рівнів зменшилася б, і тоді можна говорити про тверду надплинну гелію. І в принципі, у трьох із 13 експериментів різниця рівнів справді зменшувалася.

5. Надтверда речовина- Агрегатний стан при якому матерія прозора і може "текти", як рідина, але фактично вона позбавлена ​​в'язкості. Такі рідини відомі багато років, їх називають суперфлюїдами. Справа в тому, що якщо суперрідина розмішати, вона циркулюватиме чи не вічно, тоді як нормальна рідина в кінцевому рахунку заспокоїться. Перші два суперфлюїди були створені дослідниками з використанням гелію-4 та гелію-3. Вони були охолоджені майже до абсолютного нуля — мінус 273 градусів Цельсія. А з гелію-4 американським вченим вдалося отримати надтверде тіло. Заморожений гелій вони стиснули тиском більш ніж у 60 разів, а потім заповнений речовиною склянку встановили на диск, що обертається. За температури 0,175 градусів Цельсія диск раптово почав обертатися вільніше, що, на думку вчених, свідчить про те, що гелій став супертілом.

6. Тверде- Агрегатний стан речовини, що відрізняється стабільністю форми і характером теплового руху атомів, які здійснюють малі коливання навколо положень рівноваги. Стійким станом твердих тіл є кристалічний. Розрізняють тверді тіла з іонною, ковалентною, металевою та ін. типами зв'язку між атомами, що зумовлює різноманітність їх фізичних властивостей. Електричні та деякі інші властивості твердих тіл в основному визначаються характером руху зовнішніх електронів його атомів. За електричними властивостями тверді тіла поділяються на діелектрики, напівпровідники та метали, за магнітними - на діамагнетики, парамагнетики та тіла з упорядкованою магнітною структурою. Дослідження властивостей твердих тіл об'єдналися у велику галузь - фізику твердого тіла, розвиток якої стимулюється потребами техніки.

7. Аморфне тверде- Конденсований агрегатний стан речовини, що характеризується ізотропією фізичних властивостей, обумовленої невпорядкованим розташуванням атомів і молекул. У аморфних твердих тілах атоми коливаються біля хаотично розташованих точок. На відміну від кристалічного стану перехід з твердого аморфного рідке відбувається поступово. В аморфному стані знаходяться різні речовини: скла, смоли, пластмаси і т.д.

8. Рідкокристалічний- Це специфічне агрегатне стан речовини, в якому воно виявляє одночасно властивості кристала і рідини. Відразу треба зазначити, що далеко не всі речовини можуть перебувати в рідкокристалічному стані. Однак, деякі органічні речовини, що володіють складними молекулами, можуть утворювати специфічний агрегатний стан - рідкокристалічний. Цей стан здійснюється при плавленні кристалів деяких речовин. При їх плавленні утворюється рідкокристалічна фаза, що відрізняється від звичайних рідин. Ця фаза існує в інтервалі від температури плавлення кристала до деякої вищої температури, при нагріванні до якої рідкий кристал переходить у звичайну рідину.
Чим же рідкий кристал відрізняється від рідини та звичайного кристала і чим схожий на них? Подібно до звичайної рідини, рідкий кристал має плинність і набуває форми судини, в яку він поміщений. Цим він відрізняється від відомих усім кристалів. Однак, незважаючи на цю властивість, що поєднує його з рідкістю, він має властивість, характерну для кристалів. Це - впорядкування у просторі молекул, що утворюють кристал. Правда, це впорядкування не таке повне, як у звичайних кристалах, але, проте, воно істотно впливає на властивості рідких кристалів, чим і відрізняє їх від звичайних рідин. Неповне просторове впорядкування молекул, що утворюють рідкий кристал, проявляється в тому, що в рідких кристалах немає повного порядку в просторовому розташуванні центрів тяжіння молекул, хоча частковий порядок може бути. Це означає, що у них немає жорсткої кристалічної решітки. Тому рідкі кристали, подібно до звичайних рідин, мають властивість плинності.
Обов'язковою властивістю рідких кристалів, що зближує їх із звичайними кристалами, є наявність порядку просторової орієнтації молекул. Такий порядок в орієнтації може виявлятися, наприклад, у тому, що всі довгі осі молекул в рідкокристалічному зразку орієнтовані однаково. Ці молекули повинні мати витягнуту форму. Крім найпростішого названого впорядкування осей молекул, в рідкому кристалі може здійснюватися складніший орієнтаційний порядок молекул.
Залежно від виду впорядкування осей молекул рідкі кристали поділяються на три різновиди: нематичні, смектичні та холестеричні.
Дослідження з фізики рідких кристалів та їх застосуванням в даний час ведуться широким фронтом у всіх найбільш розвинених країнах світу. Вітчизняні дослідження зосереджені як в академічних, так і галузевих науково-дослідних установах і мають давні традиції. Широку популярність і визнання здобули виконані ще в тридцяті роки в Ленінграді роботи В.К. Фредерікса до В.М. Цвєткова. В останні роки бурхливого вивчення рідких кристалів вітчизняні дослідники також роблять вагомий внесок у розвиток вчення про рідкі кристали в цілому і, зокрема, оптику рідких кристалів. Так, роботи І.Г. Чистякова, А.П. Капустіна, С.А. Бразовського, С.А. Пікіна, Л.М. Блінова та багатьох інших радянських дослідників широко відомі наукової громадськості і є фундаментом низки ефективних технічних додатків рідких кристалів.
Існування рідких кристалів було встановлено дуже давно, а саме у 1888 році, тобто майже сторіччя тому. Хоча вчені і до 1888 року стикалися з цим станом речовини, але офіційно його відкрили пізніше.
Першим, хто виявив рідкі кристали, був австрійський вчений-ботанік Рейнітцер. Досліджуючи нову синтезовану ним речовину холестерилбензоат, він виявив, що при температурі 145 ° С кристали цієї речовини плавляться, утворюючи каламутну сильно розсіює світло рідина. При продовженні нагріву після досягнення температури 179°С рідина просвітлюється, т. е. починає поводитися в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода. Несподівані властивості холестерилбензоат виявляв у каламутній фазі. Розглядаючи цю фазу під поляризаційним мікроскопом, Рей-нітцер виявив, що вона має двозаломлення. Це означає, що показник заломлення світла, тобто швидкість світла в цій фазі, залежить від поляризації.

9. Рідке- Агрегатний стан речовини, що поєднує в собі риси твердого стану (збереження обсягу, певна міцність на розрив) і газоподібного (мінливість форми). Для рідини характерні ближній порядок у розташуванні частинок (молекул, атомів) та мале відмінність у кінетичній енергії теплового руху молекул та його потенційної енергії взаємодії. Тепловий рух молекул рідини складається з коливань біля положень рівноваги та порівняно рідкісних перескоків з одного рівноважного положення до іншого, з цим пов'язана плинність рідини.

10. Надкритичний флюїд(СКФ) - агрегатний стан речовини, при якому зникає відмінність між рідкою та газовою фазою. Будь-яка речовина, що знаходиться при температурі та тиску вище критичної точки є надкритичним флюїдом. Властивості речовини у надкритичному стані проміжні між його властивостями в газовій та рідкій фазі. Так, СКФ має високу щільність, близьку до рідини, і низьку в'язкість, як і гази. Коефіцієнт дифузії при цьому має проміжне між рідиною та газом значення. Речовини у надкритичному стані можуть застосовуватися як замінники органічних розчинників у лабораторних та промислових процесах. Найбільший інтерес та поширення у зв'язку з певними властивостями отримали надкритична вода та надкритичний діоксид вуглецю.
Одна з найважливіших властивостей надкритичного стану - це здатність до розчинення речовин. Змінюючи температуру або тиск флюїду, можна змінювати його властивості в широкому діапазоні. Так, можна отримати флюїд, за властивостями близький до рідини, або до газу. Так, розчинна здатність флюїду збільшується зі збільшенням густини (при постійній температурі). Оскільки щільність зростає при збільшенні тиску, змінюючи тиск можна впливати на розчинну здатність флюїду (при постійній температурі). У випадку з температурою заздрість властивостей флюїду дещо складніша - при постійній щільності розчинна здатність флюїду також зростає, проте поблизу критичної точки незначне збільшення температури може призвести до різкого падіння щільності, і, відповідно, розчинної здатності. Надкритичні флюїди необмежено поєднуються один з одним, тому при досягненні критичної точки суміші система завжди буде однофазною. Приблизна критична температура бінарної суміші може бути розрахована як середня арифмітична від критичних параметрів речовин Tc(mix) = (мольна частка A) x TcA + (мольна частка B) x TcB.

11. Газоподібне- (франц. gaz, від грец. chaos - хаос), агрегатний стан речовини, в якому кінетична енергія теплового руху його частинок (молекул, атомів, іонів) значно перевершує потенційну енергію взаємодій між ними, у зв'язку з чим частки рухаються вільно, рівномірно заповнюючи відсутність зовнішніх полів весь наданий їм обсяг.

12. Плазма- (Від грец. Plasma - виліплений, оформлений), стан речовини, що являє собою іонізований газ, в якому концентрації позитивних і негативних зарядів рівні (квазінейтральність). У стані плазми знаходиться переважна частина речовини Всесвіту: зірки, галактичні туманності та міжзоряне середовище. Біля Землі плазма існує у вигляді сонячного вітру, магнітосфери та іоносфери. Високотемпературна плазма (Т ~ 106 - 108К) із суміші дейтерію та тритію досліджується з метою здійснення керованого термоядерного синтезу. Низькотемпературна плазма (Т ? .

13. Вироджена речовина- є проміжною стадією між плазмою та нейтроніумом. Воно спостерігається у білих карликах, відіграє важливу роль в еволюції зірок. Коли атоми перебувають в умовах надзвичайно високих температур та тисків, вони втрачають свої електрони (вони переходять у електронний газ). Іншими словами, вони повністю іонізовані (плазма). Тиск такого газу (плазми) визначається тиском електронів. Якщо щільність дуже висока, то всі частинки змушені наближатися один до одного. Електрони можуть бути в станах з певними енергіями, причому два електрони не можуть мати однакову енергію (якщо тільки їх спини не протилежні). Таким чином, у щільному газі усі нижні рівні енергії виявляються заповненими електронами. Такий газ називається виродженим. У цьому стані електрони виявляють вироджений електронний тиск, який протидіє силам гравітації.

14. Нейтроніум- Агрегатний стан, в який речовина переходить при надвисокому тиску, недосяжному поки в лабораторії, але існуючому всередині нейтронних зірок. При переході в нейтронний стан електрони речовини взаємодіють із протонами і перетворюються на нейтрони. В результаті речовина в нейтронному стані повністю складається з нейтронів і має щільність порядку ядерної. Температура речовини при цьому не повинна бути надто високою (в енергетичному еквіваленті не більше сотні МеВ).
При сильному підвищенні температури (сотні МеВ і вище) у нейтронному стані починають народжуватися та анігілювати різноманітні мезони. При подальшому підвищенні температури відбувається деконфайнмент, і речовина перетворюється на стан кварк-глюонної плазми. Воно складається вже не з адронів, а з кварків і глюонів, що постійно народжуються і зникають.

15. Кварк-глюонна плазма(хромоплазма) - агрегатний стан речовини у фізиці високих енергій та фізиці елементарних частинок, при якому адронна речовина переходить у стан, аналогічний стану, в якому знаходяться електрони та іони у звичайній плазмі.
Зазвичай речовина в адронах знаходиться у так званому безбарвному (білому) стані. Тобто кварки різних кольорів компенсують один одного. Аналогічний стан є і у звичайної речовини — коли всі атоми є електрично нейтральними, тобто,
позитивні заряди у яких компенсовані негативними. За високих температур може відбуватися іонізація атомів, при цьому заряди поділяються, і речовина стає, як кажуть, «квазінейтральною». Тобто, нейтральною залишається вся хмара речовини в цілому, а окремі її частинки нейтральними перестають. Так само, мабуть, може відбуватися і з адронною речовиною — за дуже високих енергій, колір виходить на волю і робить речовину «квазібезбарвною».
Імовірно, речовина Всесвіту перебувала у стані кварк-глюонної плазми у перші миті після Великого Вибуху. Зараз кварк-глюонна плазма може на короткий час утворюватися при зіткненнях часток дуже високих енергій.
Кварк-глюонну плазму було отримано експериментально на прискорювачі RHIC Брукхейвенської національної лабораторії у 2005 році. Максимальна температура плазми 4 трильйони градусів Цельсія була отримана там же в лютому 2010 року.

16. Дивна речовина- Агрегатний стан, при якому матерія стискається до граничних значень щільності, воно може існувати у вигляді "кваркового супу". Кубічний сантиметр речовини у цьому стані важитиме мільярди тонн; до того ж він буде перетворювати будь-яку нормальну речовину, з якою стикнеться, на ту ж "дивну" форму з викидом значної кількості енергії.
Енергія, яка може виділитися при перетворенні речовини ядра зірки на "дивну речовину", призведе до надпотужного вибуху "кваркової нової", - і, на думку Ліхи та Уйєда, саме його астрономи у вересні 2006 року і спостерігали.
Процес утворення цієї речовини почався із звичайною надновою, до якої звернулася масивна зірка. Внаслідок першого вибуху утворилася нейтронна зірка. Але, на думку Лихи і Уйеда, проіснувала вона дуже недовго, - у міру того, як її обертання здавалося загальмувалося її власним магнітним полем, вона почала стискатися ще сильніше, з утворенням згустку "дивної речовини", що призвело до ще більш потужного, ніж при звичайному вибуху наднової, викиду енергії і зовнішніх шарів речовини колишньої нейтронної зірки, що розліталися в навколишній простір зі швидкістю, близькою до швидкості світла.

17. Сильно симетрична речовина— це речовина, стиснута настільки, коли мікрочастинки всередині нього нашаровуються одна на одну, а саме тіло колапсує в чорну діру. Термін «симетрія» пояснюється наступним: Візьмемо відомі всім зі шкільної лави агрегатні стани речовини – тверді, рідкі, газоподібні. Для певності як тверду речовину розглянемо ідеальний нескінченний кристал. У ньому існує певна так звана дискретна симетрія щодо перенесення. Це означає, що, якщо зрушити кристалічну решітку на відстань, що дорівнює інтервалу між двома атомами, в ній нічого не зміниться – кристал збігатиметься сам із собою. Якщо ж кристал розплавити, то симетрія рідини, що вийшла з нього, буде іншою: вона зросте. У кристалі рівноцінними були лише точки, віддалені друг від друга певні відстані, звані вузли кристалічної решітки, у яких знаходилися однакові атоми.
Рідина ж однорідна по всьому обсягу, всі її точки не відрізняються одна від одної. Це означає, що рідини можна зміщуватися на будь-які довільні відстані (а не лише на якісь дискретні, як у кристалі) або повертатися на будь-які довільні кути (чого в кристалах робити не можна взагалі) і вона співпадатиме сама з собою. Ступінь її симетрії вищий. Газ ще симетричніший: рідина займає певний обсяг у посудині і спостерігається асиметрія всередині судини, де рідина є, і точки, де її немає. Газ займає весь наданий йому обсяг, і в цьому сенсі всі її точки не відрізняються одна від одної. Все ж тут було б правильніше говорити не про точки, а про малі, але макроскопічні елементи, тому що на мікроскопічному рівні відмінності все-таки є. В одних точках зараз є атоми або молекули, а в інших немає. Симетрія спостерігається тільки в середньому, або за деякими макроскопічними параметрами об'єму, або за часом.
Але миттєвої симетрії на мікроскопічному рівні тут, як і раніше, ще немає. Якщо ж речовину стискати дуже сильно, до тисків які в побуті неприпустимі, стискати так, що атоми були розчавлені, їх оболонки проникли один в одного, а ядра почали стикатися, виникає симетрія і на мікроскопічному рівні. Всі ядра однакові і притиснуті один до одного, немає не тільки міжатомних, а й міжядерних відстаней і речовина стає однорідною (дивна речовина).
Але є ще субмікроскопічний рівень. Ядра складаються з протонів та нейтронів, які рухаються всередині ядра. Між ними також є якийсь простір. Якщо продовжувати стискати так, що будуть розчавлені ядра, нуклони щільно притиснуться один до одного. Тоді і на субмікроскопічному рівні з'явиться симетрія, якої немає навіть усередині звичайних ядер.
Зі сказаного можна побачити цілком певну тенденцію: чим вища температура і більший тиск, тим більш симетричною стає речовина. Виходячи з цих міркувань стисло до максимуму речовина називається сильно симетричним.

18. Слабо симетрична речовина— стан, протилежний сильно симетричній речовині за своїми властивостями, що був у дуже ранньому Всесвіті при температурі близької до планківської, можливо, через 10-12 секунд після Великого Вибуху, коли сильні, слабкі та електромагнітні сили являли собою єдину суперсилу. У цьому стані речовина стиснута настільки, що його маса переходить в енергію, яка починає інфлуювати, тобто необмежено розширюватися. Досягти енергій для експериментального отримання суперсили та переведення речовини в цю фазу в земних умовах поки що неможливо, хоча такі спроби робилися на Великому Адронному Колайдері з метою вивчення раннього всесвіту. Зважаючи на відсутність у складі суперсили, що утворює цю речовину, гравітаційної взаємодії, суперсила є мало симетричною в порівнянні з суперсиметричною силою, що містить всі 4 види взаємодій. Тому цей агрегатний стан і отримав таку назву.

19. Променева речовина— це, насправді, вже зовсім не речовина, а в чистому вигляді енергія. Однак саме цей гіпотетичний агрегатний стан прийме тіло, яке досягло швидкості світла. Також його можна отримати, розігрівши тіло до планківської температури (1032К), тобто розігнавши молекули речовини до швидкості світла. Як випливає з теорії відносності, при досягненні швидкості більше 0,99 с, маса тіла починає зростати набагато швидше, ніж при "звичайному" прискоренні, крім того, тіло подовжується, розігрівається, тобто починає випромінювати в інфрачервоному спектрі. При перетині порога 0,999, тіло кардинально видозмінюється і починає стрімкий фазовий перехід аж до променевого стану. Як випливає з формули Ейнштейна, взятої в повному вигляді, маса підсумкової речовини, що росте, складається з мас, що відокремлюються від тіла у вигляді теплового, рентгенівського, оптичного та інших випромінювань, енергія кожного з яких описується наступним членом у формулі. Таким чином, тіло, що наблизилося до швидкості світла, почне випромінювати у всіх спектрах, рости в довжину і сповільнюватися в часі, потоншуючи до планківської довжини, тобто після досягнення швидкості с, тіло перетвориться на нескінченно довгий і тонкий промінь, що рухається зі швидкістю світла і складається з фотонів, які мають довжини, яке нескінченна маса повністю перейде в енергію. Тому така речовина і називається променевою.