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Der schnelle braune Fuchs springt über den faulen Hund. Erhältlich in 3 GewichtenGASEN, FLÜSSIGKEITEN UND SOLIDEN Anwendung des Partikelmodells für die drei Zustände der Materie Partikelmodelle, die die Eigenschaften von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen beschreiben und erklären Doc Browns Chemie KS4 Wissenschaft GCSEIGCSE Revision Notes Vergleich der Eigenschaften von GASES, FLÜSSIGKEITEN Und SOLIDS Zustände der Materie gasliquidsolid Revisionshinweise Teil 1 Das kinetische Teilchenmodell und die Beschreibung und Erklärung der Eigenschaften von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen, Zustandsänderungen und Lösungen (Abschnitte 1a bis 3d) Sie sollten wissen, dass die drei Zustände der Materie fest, flüssig sind Und Gas. Schmelzen und Einfrieren findet am Schmelzpunkt statt, Kochen und Verdichten findet am Siedepunkt statt. Die drei Zustände der Materie können durch ein einfaches Modell dargestellt werden, in dem die Teilchen durch kleine feste Kugeln dargestellt werden. Partikeltheorie kann helfen, das Schmelzen, Kochen, Einfrieren und Kondensieren zu erklären. Die Menge an Energie, die benötigt wird, um den Zustand von Festkörper zu Flüssigkeit und von Flüssigkeit zu Gas zu ändern, hängt von der Stärke der Kräfte zwischen den Teilchen der Substanz und der Natur der beteiligten Teilchen ab, hängt von der Art der Bindung und der Struktur der Substanz ab. Je stärker die Kräfte zwischen den Partikeln sind, desto höher der Schmelzpunkt und der Siedepunkt der Substanz. Für Details siehe Struktur und Bonding Notes. Der physikalische Zustand, den ein Material annimmt, hängt von seiner Struktur, Temperatur und Druck ab. Staatssymbole, die in Gleichungen verwendet werden: (g) Gas (l) flüssige (wässrige Lösung) wässrige Lösung (n) feste wässrige Lösung bedeutet etwas, das in Wasser aufgelöst ist. Die meisten Diagramme der Teilchen auf dieser Seite sind 2D-Darstellungen ihrer Struktur und ihres Zustands BEISPIELE DER DREI PHYSIKALISCHEN STAATEN VON MATTERGASEN zB Die Luftmischung um uns herum (einschließlich des für die Verbrennung benötigten Sauerstoffs) und des Hochdruckdampfes im Kessel und der Zylinder der Dampflokomotive. Alle Gase in der Luft sind unsichtbar, farblos und transparent. Beachten Sie, dass der Dampf, den Sie außerhalb eines Kessels oder einer Dampflokomotive sehen, tatsächlich feine Flüssigkeitströpfchen von Wasser ist, die aus dem ausgestoßenen Dampfgas gebildet wird, das sich kondensiert, wenn es auf die kalte Luft trifft, die Zustandsänderung von Gas zu Flüssigkeit (gleiche Wirkung bei Nebel und Nebelbildung) . FLÜSSIGKEITEN z. B. Wasser ist das häufigste Beispiel, aber so sind, Milch, heiße Butter, Benzin, Öl, Quecksilber oder Alkohol in einem Thermometer. SOLIDS z. B. Stein, alle Metalle bei Raumtemperatur (außer Quecksilber), Gummi von Stiefel und die Mehrheit der physischen Gegenstände um dich herum. Tatsächlich sind die meisten Gegenstände nutzlos, es sei denn, sie haben eine feste Struktur Auf dieser Seite werden die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in Form von Struktur, Partikelbewegung (kinetische Partikeltheorie), Auswirkungen von Temperatur - und Druckänderungen und Partikelmodellen beschrieben Verwendet, um diese Eigenschaften und Eigenschaften zu erklären. Hoffentlich werden Theorie und Tatsache zusammenpassen, um den Schülern ein klares Verständnis der materiellen Welt um sie in Bezug auf Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe zu geben, die als die drei physischen Zustände der Materie bezeichnet werden. Die Zustandsänderungen, die als Schmelzen, Fixieren, Kochen, Verdampfen, Kondensieren, Verflüssigen, Einfrieren, Verfestigen, Kristallisieren bekannt sind, werden mit Partikelmodell-Bildern beschrieben und erklärt, um das Verständnis zu verstehen. Es gibt auch eine Erwähnung von mischbaren und nicht mischbaren Flüssigkeiten und erklärt die Begriffe flüchtig und Volatilität bei der Anwendung auf eine Flüssigkeit. Diese Revisionshinweise zu den Zuständen der Materie sollten sich für die neuen AQA, Edexcel und OCR GCSE (91) Chemiewissenschaftlichen Kurse als nützlich erweisen. Subindex für Teil I Abschnitte (diese Seite): 1.1. Die drei Zustände der Materie sind fest, flüssig und gas. Entweder können Schmelzen und Gefrieren am Schmelzpunkt stattfinden, während Kochen und Kondensieren am Siedepunkt stattfinden. Verdampfen kann bei jeder Temperatur von einer flüssigen Oberfläche stattfinden. Sie können die drei Zustände der Materie mit einem einfachen Partikelmodell darstellen. In diesen Modilen werden die Partikel durch kleine feste Sphären dargestellt (Elektronenstruktur wird ignoriert). Kinetische Partikeltheorie kann helfen, Zustandsänderungen wie Schmelzen, Kochen, Einfrieren und Kondensieren zu erklären. Die Energiemenge, die benötigt wird, um den Zustand von Festkörper zu Flüssigkeit oder von Flüssigkeit zu Gas zu ändern, hängt von der Stärke der Kräfte zwischen den Teilchen der Substanz ab. Diese Kräfte können relativ schwache intermolekulare Kräfte (intermolekulare Bindung) oder starke chemische Bindungen (ionisch, kovalent oder metallisch) sein. Die Art der beteiligten Teilchen hängt von der Art der chemischen Bindung und der Struktur der Substanz ab. Je stärker die Anziehungskräfte zwischen den Partikeln sind, desto höher der Schmelzpunkt und der Siedepunkt der Substanz WAS SIND DIE DREI STAATEN DER MATERIAL Die meisten Materialien können einfach als Gas, Flüssigkeit oder Feststoff beschrieben werden. WARUM SIND SIE WIE SIE WAS SIE SIND Nur zu wissen, ist nicht genug, wir brauchen eine umfassende Theorie der Gase, die ihr Verhalten erklären und Vorhersagen darüber machen können, was passiert, z. B. Wenn wir Temperatur oder Druck ändern. WIE KÖNNEN WIR ERKLÄREN, WIE SIE HABEN Wir brauchen ein theoretisches Modell, z. B. Partikel-Theorie, die durch experimentelle Beweise unterstützt wird. KANN PARTIKEL MODELLE HELFEN UNS VERSTEHEN IHRE EIGENSCHAFTEN UND EIGENSCHAFTEN WARUM IST WICHTIG, DIE EIGENSCHAFTEN VON GASEN, FLÜSSIGKEITEN UND SOLIDEN ZU KENNEN Es ist wichtig, in der chemischen Industrie über das Verhalten von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in chemischen Prozessen, z. B. Was passiert mit den verschiedenen Zuständen mit Temperatur - und Druckänderungen. Was ist die KINETISCHE PARTIKEL-THEORIE von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern Die kinetische Teilchentheorie der Zustände der Materie beruht auf der Idee aller Materialien, die als sehr sehr winzige Teilchen existieren, die einzelne Atome oder Moleküle sein können und deren Wechselwirkung auch Durch Kollision in Gasen oder Flüssigkeiten oder durch Vibration und chemische Bindung in Festkörpern. KÖNNEN WIR MACHEN, DIE AUF IHRE EIGENSCHAFTEN AUFGEFÜHRT WERDEN Diese Seite führt allgemeine physikalische Beschreibungen von Substanzen in das einfachste physikalische (nichtchemische) Klassifizierungsniveau ein, d. h. es ist ein Gas, ein flüssiger oder ein Feststoff. ABER, diese Webseite stellt auch Teilchenmodelle vor, in denen ein kleiner Kreis ein Atom oder ein Molekül darstellt, d. h. ein bestimmtes Teilchen oder eine einfachste Einheit einer Substanz. Dieser Abschnitt ist ziemlich abstrakt in einer Weise, weil Sie über Partikel reden, die Sie nicht einzeln sehen können, Sie nur das Schüttgut und seinen physischen Charakter und Eigenschaften. Gibt es BESCHRÄNKUNGEN zum Partikelmodell Die Partikel werden als einfache unelastische Sphären behandelt und verhalten sich einfach wie kleine Snooker-Kugeln, die herumfliegen, nicht ganz richtig, aber sie fliegen herum zufällig non-stop Obwohl die Partikel als harte Sphären und unelastisch angenommen werden , In Wirklichkeit sind sie alle Arten von Formen und verdrehen und beugen auf Kollision mit anderen Partikeln und wenn sie reagieren, teilen sie sich in Fragmente, wenn Bindungen brechen. Das einfache Modell nimmt keine Kräfte zwischen den Partikeln an, unwahr, das Modell berücksichtigt wenig die Kräfte zwischen den Partikeln, auch bei Gasen bekommt man sehr schwache intermolekulare Kräfte. Das Teilchenmodell berücksichtigt nicht die tatsächliche Größe der Teilchen, z. B. Ionenmoleküle können in der Grße z. B. Vergleiche ein Ethenmolekül mit einem Poly (ethen) - Molekül Die Räume zwischen den Partikeln WAS IST DER GASEOUS-STAAT DER MATERIE WAS SIND DIE EIGENSCHAFTEN EINES GASES WIE SIND GASEOUS PARTICLES BEHAVE Wie erklärt die kinetische Partikel-Theorie der Gase die Eigenschaften von Gasen Hat keine feste Form oder Volumen, sondern breitet sich immer aus, um jeden Behälter zu füllen - die Gasmoleküle werden in jeden verfügbaren Raum diffundieren. Es gibt fast keine Anziehungskräfte zwischen den Partikeln, so dass sie völlig frei von einander sind. Die Teilchen sind weit beabstandet und verstreut, wenn sie sich schnell zufällig im gesamten Behälter bewegen, so dass es keine Ordnung im System gibt. Die Teilchen bewegen sich linear und schnell in alle Richtungen. Und häufig zusammenstoßen und die Seite des Behälters. Die Kollision von Gaspartikeln mit der Oberfläche eines Behälters bewirkt einen Gasdruck. Wenn wir von einer Oberfläche abprallen, üben sie eine Kraft aus. Mit zunehmender temperatur Die Teilchen bewegen sich schneller, wenn sie kinetische Energie gewinnen. Erhöht sich die Kollisionsrate zwischen den Partikeln selbst und der Behälteroberfläche und dies erhöht den Gasdruck zB in einer Dampflokomotive oder das Volumen des Behälters, wenn er zB wie ein Ballon expandieren kann. Gase haben eine sehr geringe Dichte (Licht), da die Partikel im Container (Dichtemassenvolumen) so weit voneinander entfernt sind. Dichte Ordnung: feste gt Flüssigkeit gtgtgt Gase Gase fließen frei, weil es keine wirksamen Anziehungskräfte zwischen den Molekülen der gasförmigen Teilchen gibt. Einfache Strömungsreihenfolge Gase gt Flüssigkeiten gtgtgt Feststoffe (keine wirkliche Strömung in festem, wenn Sie es nicht pulverisieren) Wegen dieser Gase und Flüssigkeiten werden als Flüssigkeiten beschrieben. Gase haben keine Oberfläche. Und keine feste Form oder Volumen. Und wegen des Mangels an Partikel-Anziehung, sie immer ausbreiten und füllen jeden Container (so Gas Volumen Container Volumen). Gase werden aufgrund des leeren Raumes zwischen den Partikeln leicht komprimiert. Einfache Kompressionsordnung. Gase gtgtgt Flüssigkeiten gt Feststoffe (fast unmöglich, einen Feststoff zu komprimieren) Gasdruck Wenn ein Gas in einem Behälter eingeschlossen wird, werden die Partikel einen Gasdruck verursachen und ausüben, der in Atmosphären (atm) oder Pascal (1,0 Pa 1,0 Nm 2) gemessen wird, Druck ist Kraft, dh die Wirkung aller Kollisionen auf der Oberfläche des Behälters. Der Gasdruck wird durch die Kraft verursacht, die durch Millionen von Stößen der winzigen einzelnen Gaspartikel an den Seiten eines Behälters erzeugt wird. Wenn beispielsweise die Anzahl der gasförmigen Partikel in einem Behälter verdoppelt wird, wird der Gasdruck verdoppelt, da die Verdoppelung der Anzahl der Moleküle die Anzahl der Stöße auf der Seite des Behälters verdoppelt, so dass auch die Gesamtschlagkraft pro Flächeneinheit verdoppelt wird. Diese Verdoppelung der Partikel wirkt auf die Verdoppelung des Druckes ist in den beiden folgenden Diagrammen dargestellt. Wenn das Volumen eines versiegelten Behälters konstant gehalten wird und das Gas im Inneren auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, erhöht sich der Gasdruck. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Partikel erhitzt werden, sie kinetische Energie gewinnen und sich im Durchschnitt schneller bewegen. Deshalb kollidieren sie mit den Seiten des Behälters mit einer größeren Kraft des Aufpralls. So dass der Druck erhöht. Es gibt auch eine größere Häufigkeit der Kollision mit den Seiten des Behälters, aber dies ist ein kleiner Faktor im Vergleich zu der Wirkung der erhöhten kinetischen Energie und der Zunahme der durchschnittlichen Kraft des Aufpralls. Daher ist eine feste Menge an Gas in einem versiegelten Behälter mit konstantem Volumen, je höher die Temperatur, desto größer der Druck und je niedriger die Temperatur, desto geringer der Druck. Für Gasdrucktemperaturberechnungen siehe Teil 2 CharlessGayLussacs Gesetz Wenn sich das Behältervolumen ändern kann, erweitern sich die Gase aufgrund der fehlenden Partikelanziehung leicht auf die Erwärmung und ziehen sich beim Abkühlen leicht ab. Beim Erhitzen gewinnen Gasteilchen kinetische Energie. Schneller bewegen und die Seiten des Containers häufiger treffen. Und deutlich, sie treffen mit einer größeren Kraft. Je nach Behältersituation erhöht sich entweder der Druck oder das Volumen oder umgekehrt beim Abkühlen. Anmerkung: Es ist das Gasvolumen, das NICHT die Moleküle ausdehnt, sie bleiben gleich groß Wenn es keine Volumenbegrenzung gibt, ist die Expansion beim Erwärmen für Gase viel größer als Flüssigkeiten oder Feststoffe, da es keine signifikanten Anziehungskraft zwischen gasförmigen Partikeln gibt. Die erhöhte durchschnittliche kinetische Energie wird den Gasdruck steigen lassen, und so wird das Gas versuchen, sich im Volumen zu erweitern, wenn es z. B. Ballons in einem warmen Raum sind deutlich größer als der gleiche Ballon in einem kalten Raum Für Gasvolumentemperaturberechnungen siehe Teil 2 CharlessGayLussacs Gesetz DIFFUSION in Gases: Die natürliche schnelle und zufällige Bewegung der Partikel in alle Richtungen bedeutet, dass sich Gase leicht ausbreiten oder diffundieren. Die Nettobewegung eines bestimmten Gases wird in der Richtung von niedrigerer Konzentration zu einer höheren Konzentration, dem sogenannten Diffusionsgradienten, liegen. Die Di-Fusion fährt fort, bis die Konzentrationen im gesamten Gülle-Behälter gleichmäßig sind, aber alle Teilchen bewegen sich mit ihrer immer vorhandenen kinetischen Energie. Diffusion ist in Gasen schneller als Flüssigkeiten, wo es mehr Platz für sie gibt (nachstehend illustriert) und die Diffusion ist Vernachlässigbar in Feststoffen durch die enge Packung der Partikel. Diffusion ist verantwortlich für die Ausbreitung von Gerüchen auch ohne Luftstörung z. B. Verwendung von Parfüm, Eröffnung eines Glas Kaffee oder der Geruch von Benzin um eine Garage. Die Geschwindigkeit der Diffusion nimmt mit zunehmender Temperatur zu, da die Teilchen kinetische Energie gewinnen und sich schneller bewegen. Andere Beweise für zufällige Partikelbewegungen einschließlich Diffusion. Wenn Rauchpartikel unter einem Mikroskop betrachtet werden, scheinen sie herum zu tanzen, wenn sie mit einem Lichtstrahl bei 90 o zur Betrachtungsrichtung beleuchtet werden. Dies liegt daran, dass die Rauchpartikel durch reflektiertes Licht und Tanz aufgrund der Millionen von zufälligen Hits aus den schnell bewegten Luftmolekülen auftauchen. Dies wird als Brownsche Bewegung bezeichnet (siehe unten in Flüssigkeiten). Zu jedem gegebenen Zeitpunkt werden die Hits nicht gleich sein, so dass die Rauchpartikel ein größeres Bashing in einer zufälligen Richtung bekommen. Ein zwei gasförmiges Molekül-Diffusionsexperiment ist oben dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Ein langes Glasrohr (24 cm Durchmesser) wird an einem Ende mit einem in konz. Salzsäure, die mit einem Gummi-Spund (für Gesundheit und Sicherheit) versiegelt ist, und der Schlauch wird perfekt gehalten, in einer horizontalen Position festgeklemmt. Ein ähnlicher Stecker von conc. Ammoniak-Lösung wird am anderen Ende platziert. Die getränkten Baumwollwollstopfen geben Dämpfe von HCl bzw. NH 3 ab, und wenn das Röhrchen trotz des Mangels an Röhrenbewegung ungestört und horizontal bleibt, z. B. KEIN Schütteln, um zu mischen und die Abwesenheit der Konvektion, eine weiße Wolke bildet ungefähr 1 3 rd entlang von der conc. Salzsäure. Erläuterung: Was passiert, sind die farblosen Gase, Ammoniak und Chlorwasserstoff, diffundieren das Röhrchen und reagieren auf feine weiße Kristalle des Salzes Ammoniumchlorid. Ammoniak Chlorwasserstoff gt Ammoniumchlorid NH 3 (g) HCl (g) gt NH 4 Cl (s) Beachten Sie die Regel: Je kleiner die Molekülmasse ist, desto größer ist die durchschnittliche Geschwindigkeit der Moleküle (aber alle Gase haben die gleiche mittlere kinetische Energie Bei gleicher Temperatur). Je kleiner die molekulare Masse, desto schneller diffundiert das Gas. z. B. M r (NH 3) 14 1x3 17 Bewegt sich schneller als M r (HCl) 1 35,5 36,5 UND das ist der Grund, warum sie sich dem HCl-Ende des Röhrchens näherten. Das Experiment ist nicht nur ein Beweis für die Molekülbewegung. Es ist auch ein Beweis dafür, dass sich Moleküle unterschiedlicher Molekülmassen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Für eine mathematische Behandlung siehe Grahams Gesetz der Diffusion Ein farbiges Gas, schwerer als Luft (größere Dichte), wird in das untere Gasglas gelegt und ein zweites Gasgefäß mit geringerer Dichte farbloser Luft wird über eine mit einer Glasabdeckung getrennte Luft gelegt. Diffusionsexperimente sollten bei konstanter Temperatur eingeschlossen werden, um Störungen durch Konvektion zu minimieren. Wenn die Glasabdeckung entfernt wird, dann diffundieren die farblosen Luftgase in das gefärbte braune Gas und (ii) Brom diffundiert in die Luft. Die zufällige Partikelbewegung, die zum Mischen führt, kann nicht auf Konvektion zurückzuführen sein, weil das dichtere Gas am Boden beginnt. Es ist kein Schütteln oder andere Mischmittel erforderlich. Die zufällige Bewegung beider Lose Partikel reicht aus, um sicherzustellen, dass beide Gase schließlich durch Diffusion vollständig miteinander vermischt werden (ineinander verteilt). Dies ist ein deutlicher Beweis für die Diffusion aufgrund der zufälligen kontinuierlichen Bewegung aller Gasteilchen und anfangs die Nettobewegung eines Partikeltyps von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration (nach einem Diffusionsgradienten). Wenn es vollständig gemischt ist, wird keine weitere Farbänderungsverteilung beobachtet, aber die zufällige Partikelbewegung wird fortgesetzt Siehe auch andere Hinweise im Flüssigkeitsabschnitt nach dem Partikelmodell für das Diffusionsdiagramm unten. Ein Partikelmodell der Diffusion in Gasen. Stellen Sie sich den Diffusionsgradienten von links nach rechts vor, denn die grünen Partikel, die den blauen Partikeln auf der linken Seite hinzugefügt wurden, Für die grünen Teilchen ist die Netzmigration von links nach rechts und wird in einem versiegelten Behälter fortgesetzt, bis alle Teilchen gleichmäßig im Gasbehälter verteilt sind (wie abgebildet). Die Diffusion ist bei Gasen im Vergleich zu Liquidisierungslösungen schneller, da zwischen den Partikeln mehr Platz für andere Partikel besteht, um sich zufällig zu bewegen. Wenn ein Feststoff erhitzt wird, schwingen die Partikel stärker, da sie kinetische Energie gewinnen und die Partikel-Anziehungskräfte geschwächt werden. Irgendwann am Schmelzpunkt. Die anziehenden Kräfte sind zu schwach, um die Teilchen in der Struktur zusammen in einer geordneten Weise zu halten, und so schmilzt der Feststoff. Beachten Sie, dass die intermolekularen Kräfte noch da sind, um die Massenflüssigkeit zusammen zu halten, aber die Wirkung ist nicht stark genug, um ein geordnetes Kristallgitter eines Festkörpers zu bilden. Die Partikel werden frei, sich zu bewegen und ihre geordnete Anordnung zu verlieren. Energie wird benötigt, um die anziehenden Kräfte zu überwinden und den Partikeln eine erhöhte kinetische Energie der Vibration zu geben. So wird Wärme aus der Umgebung aufgenommen und das Schmelzen ist ein endothermer Prozess (916H ve). Energieveränderungen für diese physikalischen Zustandsänderungen für eine Reihe von Stoffen werden in einem Abschnitt der Energetics Notes behandelt. Erläuterung unter Verwendung der kinetischen Partikeltheorie von Flüssigkeiten und Feststoffen Beim Abkühlen verlieren flüssige Partikel kinetische Energie und können sich dadurch stärker anziehen. Wenn die Temperatur niedrig genug ist, ist die kinetische Energie der Teilchen unzureichend, um zu verhindern, daß die Teilchen-Anziehungskräfte einen Feststoff bilden. Irgendwann am Gefrierpunkt reichen die Anziehungskräfte aus, um jegliche verbleibende Bewegungsfreiheit (in Bezug auf einen Ort zum anderen) zu entfernen, und die Teilchen kommen zusammen, um die geordnete feste Anordnung zu bilden (obwohl die Teilchen noch eine kinetische Energie aufweisen Muss in die Umgebung entfernt werden, so seltsam wie es scheinen mag, das Einfrieren ist ein exothermer Prozeß (916H ve) Vergleichende Energieveränderungen der Zustandsänderungen Gas ltgt Flüssigkeit ltgt fest 2f (i) Kühlkurve Was passiert mit der Temperatur eines Stoffes Wenn es vom gasförmigen Zustand in den festen Zustand abgekühlt wird. Die Temperatur bleibt während der Zustandsänderungen der Kondensation bei der Temperatur Tc konstant und fällen sich bei der Temperatur Tf fest. Dies liegt daran, dass die gesamte Wärmeenergie beim Abkühlen bei diesen Temperaturen entfernt wird (die latente Hitze Oder Enthalpien der Zustandsänderung), ermöglicht die Verstärkung der Interpartikelkräfte (intermolekulare Bindung) ohne Temperaturabfall. Der Wärmeverlust wird durch die exotherme erhöhte intermolekulare Kraftanziehung kompensiert. Zwischen den horizontalen Zustandsänderungsabschnitten des Graphen sehen Sie, dass die Energieentfernung die kinetische Energie der Teilchen verringert und die Temperatur der Substanz verringert. Siehe Abschnitt 2. für eine detaillierte Beschreibung der Zustandsänderungen. Eine Abkühlkurve fasst die Änderungen zusammen: Für jede Zustandsänderung muss Energie entfernt werden. Bekannt als die latente Hitze. Die tatsächlichen Energiewerte für diese physikalischen Zustandsänderungen für eine Reihe von Stoffen werden in den Energetics Notes näher erläutert. 2f (ii) Heizkurve. Was geschieht mit der Temperatur eines Stoffes, wenn es vom festen Zustand in den gasförmigen Zustand erwärmt wird, so ist die Temperatur während der Zustandsänderungen des Schmelzens bei der Temperatur Tm konstant und bei der Temperatur Tb siedet. This is because all the energy absorbed in heating at these temperatures (the latent heats or enthalpies of state change), goes into weakening the interparticle forces (intermolecular bonding) without temperature rise The heat gain equals the endothermicheat absorbed energy required to reduce the intermolecular forces. In between the horizontal state change sections of the graph, you can see the energy input increases the kinetic energy of the particles and raising the temperature of the substance. See section 2. for detailed description of the state changes. A heating curve summarises the changes: For each change of state, energy must be added . known as the latent heat . Actual energy values for these physical changes of state for a range of substances are dealt with in more detail in the Energetics Notes. SPECIFIC LATENT HEATS The latent heat for the state changes solid ltgt liquid is called the specific latent heat of fusion (for melting or freezing). The latent heat for the state changes liquid ltgt gas is called the specific latent heat of vaporisation (for condensing, evaporation or boiling) For more on latent heat see my physics notes on specific latent heat Explained using the kinetic particle theory of gases and solids This is when a solid, on heating, directly changes into a gas without melting, AND the gas on cooling reforms a solid directly without condensing to a liquid. Sublimation usually just involves a physical change BUT its not always that simple (see ammonium chloride). Theory in terms of particles . When the solid is heated the particles vibrate with increasing force from the added thermal energy. If the particles have enough kinetic energy of vibration to partially overcome the particleparticle attractive forces you would expect the solid to melt. HOWEVER, if the particles at this point have enough energy at this point that would have led to boiling, the liquid will NOT form and the solid turns directly into a gas. Overall endothermic change . energy absorbed and taken in to the system. On cooling, the particles move slower and have less kinetic energy. Eventually, when the particle kinetic energy is low enough, it will allow the particleparticle attractive forces to produce a liquid. BUT the energy may be low enough to permit direct formation of the solid, i. e. the particles do NOT have enough kinetic energy to maintain a liquid state Overall exothermic change . energy released and given out to the surroundings. Even at room temperature bottles of solid iodine show crystals forming at the top of the bottle above the solid. The warmer the laboratory, the more crystals form when it cools down at night If you gently heat iodine in a test tube you see the iodine readily sublime and recrystallise on the cooler surface near the top of the test tube. The formation of a particular form of frost involves the direct freezing of water vapour (gas). Frost can also evaporate directly back to water vapour (gas) and this happens in the dry and extremely cold winters of the Gobi Desert on a sunny day. H 2 O (s) H 2 O (g) (physical change only) Solid carbon dioxide (dry ice) is formed on cooling the gas down to less than 78 o C. On warming it changes directly to a very cold gas. condensing any water vapour in the air to a mist, hence its use in stage effects. CO 2 (s) CO 2 (g) (physical change only) On heating strongly in a test tube, white solid ammonium chloride . decomposes into a mixture of two colourless gases ammonia and hydrogen chloride. On cooling the reaction is reversed and solid ammonium chloride reforms at the cooler top surface of the test tube. Ammonium chloride heat energy ammonia hydrogen chloride T his involves both chemical and physical changes and is so is more complicated than examples 1. to 3. In fact the ionic ammonium chloride crystals change into covalent ammonia and hydrogen chloride gases which are naturally far more volatile (covalent substances generally have much lower melting and boiling points than ionic substances). The liquid particle picture does not figure here, but the other models fully apply apart from state changes involving liquid formation. GAS particle model and SOLID particle model links. PLEASE NOTE, At a higher level of study . you need to study the gls phase diagram for water and the vapour pressure curve of ice at particular temperatures . For example, if the ambient vapour pressure is less than the equilibrium vapour pressure at the temperature of the ice, sublimation can readily take place. The snow and ice in the colder regions of the Gobi Desert do not melt in the Sun, they just slowly sublimely disappear 2 h. More on the heat changes in physical changes of state Changes of physical state i. e. gas ltgt liquid ltgt solid are also accompanied by energy changes. To melt a solid, or boilevaporate a liquid, heat energy must be absorbed or taken in from the surroundings, so these are endothermic energy changes. The system is heated to effect these changes. To condense a gas, or freeze a solid, heat energy must be removed or given out to the surroundings, so these are exothermic energy changes. The system is cooled to effect these changes. Generally speaking, the greater the forces between the particles, the greater the energy needed to effect the state change AND the higher the melting point and boiling point. A comparison of energy needed to melt or boil different types of substance (This is more for advanced level students) The heat energy change involved in a state change can be expressed in kJmol of substance for a fair comparison. In the table below 916H melt is the energy needed to melt 1 mole of the substance (formula mass in g). 916H vap is the energy needed to vaporise by evaporation or boiling 1 mole of the substance (formula mass in g). For simple small covalent molecules, the energy absorbed by the material is relatively small to melt or vaporise the substance and the bigger the molecule the greater the intermolecular forces. These forces are weak compared to the chemical bonds holding atoms together in a molecule itself. Relatively low energies are needed to melt or vapourise them. These substances have relatively low melting points and boiling points. For strongly bonded 3D networks e. g. (iii) and a metal lattice of ions and free outer electrons ( m etallic bonding ), the structures are much stronger in a continuous way because of the continuous chemical bonding throughout the structure. Consequently, much greater energies are required to melt or vaporise the material. This is why they have so much higher melting points and boiling points. Type of bonding, structure and attractive forces operating Melting point K (Kelvin) o C 273 Energy needed to melt substance Boiling point K (Kelvin) o C 273 Energy needed to boil substance 3a. WHAT HAPPENS TO PARTICLES WHEN A SOLID DISSOLVES IN A LIQUID SOLVENT What do the words SOLVENT, SOLUTE and SOLUTION mean When a solid (the solute ) dissolves in a liquid (the solvent ) the resulting mixture is called a solution . In general: solute solvent gt solution So, the solute is what dissolves in a solvent, a solvent is a liquid that dissolves things and the solution is the result of dissolving something in a solvent. The solid loses all its regular structure and the individual solid particles (molecules or ions) are now completely free from each other and randomly mix with the original liquid particles, and all particles can move around at random. This describes salt dissolving in water, sugar dissolving in tea or wax dissolving in a hydrocarbon solvent like white spirit. It does not usually involve a chemical reaction, so it is generally an example of a physical change . Whatever the changes in volume of the solid liquid, compared to the final solution, the Law of Conservation of Mass still applies. This means: mass of solid solute mass of liquid solvent mass of solution after mixing and dissolving. You cannot create mass or lose mass . but just change the mass of substances into another form. If the solvent is evaporated . then the solid is reformed e. g. if a salt solution is left out for a long time or gently heated to speed things up, eventually salt crystals form, the process is called crystallisation . 3b. WHAT HAPPENS TO PARTICLES WHEN TWO LIQUIDS COMPLETELY MIX WITH EACH OTHER WHAT DOES THE WORD MISCIBLE MEAN Using the particle model to explain miscible liquids. If two liquids completely mix in terms of their particles, they are called miscible liquids because they fully dissolve in each other. This is shown in the diagram below where the particles completely mix and move at random. The process can be reversed by fractional distillation . 3c. WHAT HAPPENS TO PARTICLES WHEN TWO LIQUIDS DO NOT MIX WITH EACH OTHER WHAT DOES THE WORD IMMISCIBLE MEAN WHY DO THE LIQUIDS NOT MIX Using the particle model to explain immiscible liquids. If the two liquids do NOT mix . they form two separate layers and are known as immiscible liquids, illustrated in the diagram below where the lower purple liquid will be more dense than the upper layer of the green liquid. You can separate these two liquids using a separating funnel . The reason for this is that the interaction between the molecules of one of the liquids alone is stronger than the interaction between the two different molecules of the different liquids. For example, the force of attraction between water molecules is much greater than either oiloil molecules or oilwater molecules, so two separate layers form because the water molecules, in terms of energy change, are favoured by sticking together. 3d. How a separating funnel is used 1. The mixture is put in the separating funnel with the stopper on and the tap closed and the layers left to settle out. 2. The stopper is removed, and the tap is opened so that you can carefully run the lower grey layer off first into a beaker. 3. The tap is then closed again, leaving behind the upper yellow layer liquid, so separating the two immiscible liquids. Appendix 1 some SIMPLE particle pictures of ELEMENTS, COMPOUNDS and MIXTURES GCSEIGCSE multiple choice QUIZ on states of matter gases, liquids amp solids Some easy basic exercises from KS3 science QCA 7G quotParticle model of solids, liquids and gasesquot Multiple Choice Questions for Science revision on gases, liquids and solids particle models, properties, explaining the differences between them. See also for gas calculations gcse chemistry revision free detailed notes on states of matter to help revise igcse chemistry igcse chemistry revision notes on states of matter O level chemistry revision free detailed notes on states of matter to help revise gcse chemistry free detailed notes on states of matter to help revise O level chemistry free online website to help revise states of matter for gcse chemistry free online website to help revise states of matter for igcse chemistry free online website to help revise O level states of matter chemistry how to succeed in questions on states of matter for gcse chemistry how to succeed at igcse chemistry how to succeed at O level chemistry a good website for free questions on states of matter to help to pass gcse chemistry questions on states of matter a good website for free help to pass igcse chemistry with revision notes on states of matter a good website for free help to pass O level chemistry what are the three states of matter draw a diagram of the particle model diagram of a gas, particle theory of a gas, draw a particle model diagram of a liquid, particle theory of a liquid, draw a particle model diagram of a solid, particle theory of a solid, what is diffusion why can you have diffusion in gases and liquids but not in solids what are the limitations of the particle model of a gas liquid or solid how to use the particle model to explain the properties of a gas, what causes gas pressure how to use the particle model to explain the properties of a solid, how to use the particle model to explain the properties of a solid, why is a gas easily compressed but difficult to compress a liquid or solid how do we use the particle model to explain changes of state explaining melting with the particle model, explaining boiling with the particle model, explaining evaporation using the particle model, explaining condensing using the particle model, explaining freezing with the particle model, how do you read a thermometer working out the state of a substance at a particular temperature given its melting point and boiling point, how to draw a cooling curve, how to draw a heating curve, how to explain heatingcooling curves in terms of state changes and latent heat, what is sublimation what substances sublime explaining endothermic and exothermic energy changes of state, using the particle model to explain miscible and immiscible liquids GASES, LIQUIDS, SOLIDS, States of Matter, particle models, theory of state changes, melting, boiling, evaporation, condensing, freezing, solidifying, cooling curves, 1.1 Three states of matter: 1.1a gases, 1.1b liquids, 1.1c solids 2. State changes: 2a evaporation and boiling, 2b condensation, 2c distillation, 2d melting, 2e freezing, 2f cooling and heating curves and relative energy changes, 2g sublimation 3. Dissolving, solutions. miscibleimmiscible liquids Boiling Boiling point Brownian motion Changes of state Condensing Cooling curve Diffusion Dissolving Evaporation Freezing Freezing point Gas particle picture Heating curve Liquid particle picture Melting Melting point miscibleimmiscible liquids Properties of gases Properties of liquids Properties of solids solutions sublimation Solid particle picture GCSEIGCSE multiple choice QUIZ on states of matter gases liquids solids practice revision questions Revision notes on particle models and properties of gases, liquids and solids KS4 Science GCSEIGCSEO level Chemistry Information on particle models and properties of gases, liquids and solids for revising for AQA GCSE Science, Edexcel Science chemistry IGCSE Chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids OCR 21st Century Science, OCR Gateway Science notes on particle models and properties of gases, liquids and solids WJEC gcse science chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids CIE O Level chemistry CIE IGCSE chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids CCEACEA gcse science chemistry (revise courses equal to US grade 8, grade 9 grade 10) science chemistry courses revision guides explanation chemical equations for particle models and properties of gases, liquids and solids educational videos on particle models and properties of gases, liquids and solids guidebooks for revising particle models and properties of gases, liquids and solids textbooks on particle models and properties of gases, liquids and solids state changes amp particle model for AQA AS chemistry, state changes amp particle model for Edexcel A level AS chemistry, state changes amp particle model for A level OCR AS chemistry A, state changes amp particle model for OCR Salters AS chemistry B, state changes amp particle model for AQA A level chemistry, state changes amp particle model for A level Edexcel A level chemistry, state changes amp particle model for OCR A level chemistry A, state changes amp particle model for A level OCR Salters A level chemistry B state changes amp particle model for US Honours grade 11 grade 12 state changes amp particle model for pre-university chemistry courses pre-university A level revision notes for state changes amp particle model A level guide notes on state changes amp particle model for schools colleges academies science course tutors images pictures diagrams for state changes amp particle model A level chemistry revision notes on state changes amp particle model for revising module topics notes to help on understanding of state changes amp particle model university courses in science careers in science jobs in the industry laboratory assistant apprenticeships technical internships USA US grade 11 grade 11 AQA A level chemistry notes on state changes amp particle model Edexcel A level chemistry notes on state changes amp particle model for OCR A level chemistry notes WJEC A level chemistry notes on state changes amp particle model CCEACEA A level chemistry notes on state changes amp particle model for university entrance examinations describe some limitations of the particle model for gases, liquids and solidsBar Modelling Worksheet - Part Whole Questions This is the first in a series of worksheet sets on Bar Modelling from the White Rose Maths Hub. This first set contains 3 worksheets. The first introduces students to the bar model diagram and students have to find missing values. All of the questions involve addition and subtraction within 100. The worksheet encourages students to think about the number sentences that are represented by each diagram and also get students to recognise the importance of the proportionality of the different bars. The second worksheet using the bar model to solve word questions. The first few questions ask students to complete the diagrams and in later ones students then have drawn their own. The final worksheet is a series of more challenging questions that should make students think. Many of the problems are multi-step. For each questions students should use a bar model to solve. All sheets are addition and subtraction within 100. This worksheet can be used with students in primary and secondary to get them used to the bar model diagram. All the answers are supplied also. If you have any comments about the sheets please do not hesitate to get in touch with our Hub. It is only with your comments that we can improve what we do. Preview Files included ( 6 ) Resource info Info 23 Reviews Great examples Thank you for sharing these. Very helpful for student practice. Hi - great stuff but I think theres a mistake in question 3 of the challenge sheet - should be 18 birds, not 28. (45-2718) Categories Other resources by this author These CPD materials are available completely free of charge and, as always, we welcome all feedback on our work at The White Rose Maths Hub and the. These booklets each contain over 40 reasoning and problem solving questions suitable for KS1, KS2 and KS3 classes. These are the questions that we.
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