# Агрегатные состояния вещества

Физика · 8 класс · Строение и свойства вещества
Источник: https://razlozheno.ru/subject/fizika/8/agregatnye-sostoyaniya-veschestva

Разбираем, чем твёрдое, жидкое и газообразное состояния отличаются на уровне молекул: как они расположены, как двигаются и как взаимодействуют. Отдельно смотрим, чем кристалл отличается от аморфного тела.

## Чему научишься

- Объяснить различия в строении газов, жидкостей и твёрдых тел, опираясь на положения МКТ
- Определить по форме и объёму тела, в каком оно агрегатном состоянии, и объяснить это движением молекул
- Отличать кристаллическое тело от аморфного по расположению частиц

## С чего начать

Молекулы воды в чайнике, в кубике льда и в паре над носиком — одни и те же. Почему же вода льётся и принимает форму стакана, лёд лежит и держит форму, а пар заполняет всю кухню?

## 1. Одни молекулы — три состояния

*Что меняется, когда вода замерзает или кипит*

Начнём с главного: **молекулы вещества не меняются**. Молекула воды во льду, в жидкой воде и в паре одна и та же. Меняется другое — **как молекулы расположены, как они двигаются и как друг с другом взаимодействуют** (притягиваются и отталкиваются). Вот от этого и зависят макроскопические свойства: течёт вещество или нет, держит форму или нет.

**Агрегатные состояния вещества**

Состояния одного и того же вещества (твёрдое, жидкое, газообразное), определяемые особенностями расположения, взаимодействия и движения его молекул при данных внешних условиях.

Слова «при данных внешних условиях» важны: одно и то же вещество в зависимости от условий может оказаться в любом из трёх состояний.

**Как молекулы «держатся» друг за друга.** Между молекулами действуют сразу две силы: притяжение и отталкивание. Если молекулы далеко, они почти не чувствуют друг друга. Если сблизить их слишком сильно, они начинают отталкиваться. Между этими крайностями есть «золотая середина».

**Равновесное расстояние между молекулами**

Расстояние между центрами взаимодействующих молекул, на котором сила притяжения между ними уравновешивает силу отталкивания.

*Рисунок: Два бруска на тележках; магниты между ними моделируют притяжение, пружины — отталкивание*

Модель с тележками поможет это почувствовать. Магниты между ними моделируют притяжение, а пружины — отталкивание при слишком сильном сближении. Есть положение, в котором притяжение и отталкивание уравновешиваются, — это и есть равновесное расстояние. Тележки могут смещаться около него туда-сюда, и молекулы делают то же самое. Оговорка: у настоящих молекул нет магнитов и пружин, это только качественная модель двух сил взаимодействия.

**Проверь себя:** Молекулы воды во льду и в водяном паре — одинаковые или разные?
**Ответ:** Одинаковые. Молекулы вещества не меняются, различаются только расстояния между ними, характер их движения и взаимодействия.

### Проверь себя

**Чем объясняется тот факт, что одно и то же вещество (например, вода) может существовать в виде льда, жидкости и пара?**
- Разным размером молекул в различных состояниях
- Появлением новых атомов внутри молекул при нагревании
- Особенностями движения и взаимодействия одинаковых молекул — верно
- Изменением химического состава и структуры самих молекул
> Молекулы остаются одинаковыми, но меняется характер их движения и соотношение сил взаимодействия.

**Что произошло бы с веществом, если бы его молекулы только хаотически двигались, но полностью не взаимодействовали?**
- Все молекулы остановились бы в положениях равновесия
- Вещество перешло бы в несжимаемую жидкость
- Вещество мгновенно превратилось бы в твёрдый кристалл
- Единственно возможным состоянием было бы газообразное — верно
> Без сил притяжения молекулы разлетелись бы во всех направлениях и заняли весь доступный объём.

**При каком условии межмолекулярные силы взаимодействия практически перестают сказываться на частицах?**
- Когда молекулы находятся в узлах кристаллической решётки
- Когда расстояние между молекулами превышает их размеры в несколько раз — верно
- При полном прекращении хаотического движения молекул
- Когда расстояние между молекулами меньше их собственного размера
> На расстояниях в несколько диаметров молекулы силы притяжения и отталкивания становятся пренебрежимо малы.

**В наглядной модели с тележками и магнитами, какой физический процесс имитирует сжатие пружин при сближении тележек?**
- Увеличение скорости хаотического движения
- Возникновение сил отталкивания между молекулами — верно
- Разрушение кристаллической решётки
- Притяжение молекул на больших расстояниях
> Деформация пружин создаёт силу упругости, направленную наружу, что качественно моделирует отталкивание частиц.

**Что происходит в системе, когда расстояние между молекулами становится строго равным равновесному?**
- Силы притяжения достигают своего максимального значения
- Силы отталкивания становятся равны силам притяжения — верно
- Силы взаимодействия полностью исчезают
- Силы отталкивания начинают превышать силы притяжения
> В положении равновесия разнонаправленные силы притяжения и отталкивания полностью уравновешивают друг друга.

**Какие силы преобладают между молекулами, если расстояние между ними превышает равновесное?**
- Силы упругости пружин
- Силы притяжения — верно
- Силы трения покоя
- Силы отталкивания
> При удалении молекул друг от друга за пределы равновесного расстояния отталкивание спадает быстрее, и начинает преобладать притяжение.

**Какое агрегатное состояние вещества существовало бы, если бы хаотическое движение молекул полностью отсутствовало?**
- Жидкое состояние
- Плазменное состояние
- Твёрдое состояние — верно
- Газообразное состояние
> Без хаотического движения молекулы зафиксировались бы в положениях равновесия под действием сил взаимодействия.

**От какого ключевого фактора зависит, будет ли вещество твёрдым, жидким или газообразным?**
- От числа атомов внутри молекулы
- От формы сосуда, в который поместили вещество
- От соотношения между хаотическим движением и взаимодействием молекул — верно
- Только от массы индивидуальной молекулы
> Именно баланс между энергией движения и силами притяжения определяет агрегатное состояние вещества.

## 2. Газ, жидкость, твёрдое тело: что делают молекулы

*Сравниваем три состояния*

Представим три сценки. **Газ** — люди на огромной площади: каждый идёт куда хочет, друг друга почти не замечают. **Жидкость** — плотная толпа в вагоне метро: все вплотную, но при этом переминаются и перетекают с места на место. **Твёрдое тело** — зрители в кинозале: у каждого своё кресло, и он лишь ёрзает на месте.

**Площадь, вагон, кинозал**

**Аналогия.** Газ — площадь, где каждый сам по себе; жидкость — вагон метро, где все рядом, но можно перетекать; твёрдое тело — кинозал, где каждый сидит на своём месте. Оговорка: молекулы не «выбирают» путь, их движение хаотично, а не осознанное.

**Как запомнить.** Проверь себя двумя вопросами: «держит форму?» и «держит объём?». Газ — ни то ни другое, жидкость — только объём, твёрдое тело — и то и другое.

*Рисунок: Три кадра рядом: редкие люди на большой площади, плотная толпа в вагоне метро, ряды зрителей в креслах кинозала*

**Газообразное состояние (газ)**

Состояние вещества, в котором среднее расстояние между молекулами значительно больше их размеров, силы взаимодействия между ними пренебрежимо малы; вещество не сохраняет ни форму, ни объём и занимает весь предоставленный ему объём.

**Жидкое состояние (жидкость)**

Состояние вещества, в котором молекулы находятся близко друг к другу и сохраняют объём, но не фиксированы в пространстве (совершают колебания около временных положений равновесия и скачком меняют их), вследствие чего жидкость текуча и принимает форму сосуда.

**Твёрдое состояние (твёрдое тело)**

Состояние вещества, в котором частицы (молекулы или атомы) находятся на расстояниях, близких к их размерам, и совершают малые колебания около фиксированных положений равновесия, за счёт чего тело сохраняет собственную форму и объём.

**Почему так.** В газе молекулы далеко, взаимодействие мало — ничто не удерживает их вместе, они свободно разлетаются и занимают весь сосуд. В жидкости молекулы близко, поэтому объём сохраняется; но они время от времени скачком перебираются в новые положения равновесия — отсюда текучесть. В твёрдом теле частицы колеблются около фиксированных мест и не перескакивают — поэтому сохраняются и форма, и объём.

**Три состояния на языке МКТ**

| Признак | Газ | Жидкость | Твёрдое тело |
| --- | --- | --- | --- |
| Расстояние между молекулами | Намного больше размеров молекул | Малое, молекулы рядом | Близко к размерам частиц |
| Взаимодействие | Пренебрежимо мало | Заметное | Заметное |
| Движение молекул | Свободно разлетаются | Колебания и скачки в новые положения | Малые колебания около фиксированных мест |
| Форма | Не сохраняет | Принимает форму сосуда | Сохраняет |
| Объём | Не сохраняет | Сохраняет | Сохраняет |

**Проверь себя:** Почему жидкость принимает форму сосуда, а объём сохраняет?
**Ответ:** Молекулы расположены близко друг к другу — объём сохраняется. Но они не закреплены на местах и скачком меняют положения равновесия — поэтому жидкость текуча и принимает форму сосуда.

**Неправильно:** В твёрдом теле молекулы неподвижны.
**Правильно:** Они совершают малые колебания около фиксированных положений равновесия — просто не перескакивают на другие места.

### Проверь себя

**Какое из перечисленных свойств характерно для веществ в жидком агрегатном состоянии?**
- Сохранение как собственной формы, так и собственного объёма
- Способность занимать всё предоставленное пространство
- Сохранение собственного объёма при отсутствии собственной формы — верно
- Отсутствие собственного объёма и лёгкая сжимаемость
> Жидкости легко меняют форму, принимая форму сосуда, но сохраняют неизменный объём благодаря достаточному притяжению молекул.

**Какая особенность отличает твёрдые тела от жидкостей и газов?**
- Полное отсутствие сил взаимодействия между частицами
- Способность легко уменьшать объём при сжатии
- Принятие формы любого сосуда с сохранением объёма
- Наличие собственной формы и собственного объёма — верно
> Сильное взаимодействие между молекулами в твёрдых телах удерживает их около положений равновесия, сохраняя и форму, и объём.

**Как соотносятся движение и взаимодействие молекул в газах?**
- Молекулы быстро движутся и почти не взаимодействуют — верно
- Молекулы находятся в узлах решётки и быстро вращаются
- Взаимодействие велико, а скорость движения меняется скачками
- Молекулы медленно колеблются и сильно притягиваются
> Высокая скорость движения и большие расстояния между частицами делают их взаимодействие минимальным.

**Каков характер движения отдельных молекул газа большую часть времени между столкновениями?**
- Движутся прямолинейно — верно
- Движутся исключительно по круговым орбитам
- Колеблются около постоянных точек
- Совершают скачки через равные интервалы времени
> Из-за слабого взаимодействия на больших расстояниях молекула газа летит по прямой до следующего соударения.

**Почему жидкости сохраняют неизменный объём, но легко меняют свою форму?**
- Молекулы расположены на расстояниях, значительно превышающих их размеры
- Взаимодействие достаточно велико для сохранения объёма, но недостаточно для удержания формы — верно
- В жидкостях полностью отсутствуют силы отталкивания между молекулами
- Все молекулы зафиксированы в узлах кристаллической решётки
> Притяжение удерживает молекулы близко друг к другу, но отсутствие фиксированных положений позволяет им смещаться.

**Как перемещается отдельная молекула в жидкости согласно молекулярной теории?**
- Совершает колебания около положения равновесия, а затем скачком меняет его — верно
- Движется строго по прямой линии от стенки до стенки сосуда
- Непрерывно находится в состоянии полного покоя
- Вращается только вокруг собственной оси без смещения
> После серии колебаний рядом с одними соседями молекула преодолевает барьер и скачет к новым соседям.

**Почему твёрдые тела сохраняют и объём, и форму при внешних воздействиях?**
- Силы отталкивания всегда вдвое превышают силы притяжения
- При изменении расстояния между молекулами возникают значительные силы притяжения или отталкивания — верно
- Молекулы твёрдых тел не совершают никаких движений
- Расстояния между молекулами в сотни раз больше их размеров
> Смещение частицы из положения равновесия сразу вызывает сильную возвращающую силу.

**Как изменяются силы отталкивания между тележками в модели при дальнейшем сближении их после касания пружин?**
- Силы отталкивания возрастают с уменьшением расстояния — верно
- Силы отталкивания мгновенно падают до нуля
- Силы отталкивания полностью сменяются магнитным притяжением
- Силы отталкивания остаются неизменными
> Чем сильнее сжимаются пружины при сближении, тем больше возникающая сила упругости.

**Почему газы легко поддаются сжатию по сравнению с твёрдыми телами?**
- Молекулы газа при сжатии уменьшаются в размерах
- Молекулы газа перестают двигаться при внешнем давлении
- В газах полностью отсутствуют силы отталкивания
- Расстояния между молекулами значительно больше самих молекул — верно
> В газах много свободного пространства, поэтому при уменьшении объёма молекулы просто сближаются.

**Какое утверждение о движении молекул в твёрдых телах является верным?**
- Частицы двигаются только по спиралевидным траекториям
- Частицы абсолютно неподвижны при любых условиях
- Частицы свободно летают по всему объёму тела
- Частицы совершают колебания около положений равновесия — верно
> В твёрдых телах молекулы не перемещаются свободно, а колеблются вблизи фиксированных точек.

**Что происходит с направлением движения молекулы газа при её столкновении с другой молекулой?**
- Она полностью останавливается
- Она мгновенно превращается в атом
- Она меняет направление своего движения — верно
- Она слипается с другой молекулой, образуя кристалл
> В результате соударения молекулы взаимодействуют и изменяют свои траектории.

## 3. Кристаллы и аморфные тела

*Два вида твёрдого состояния*

Твёрдые тела бывают разные. Соль и сахар из пачки состоят из мелких блестящих кристалликов, а оконное стекло или смола — нет. Различие опять в расположении частиц: в одних телах частицы выстроены как по линейке, в других — как попало.

**Кристаллическое состояние**

Твёрдое состояние вещества, в котором молекулы и атомы расположены в строго определённом порядке, образующем повторяющуюся пространственную структуру — кристаллическую решётку.

**Узлы кристаллической решётки**

Места устойчивого равновесного расположения атомов или молекул в кристаллической решётке.

*Рисунок: Правильная сетка из шариков, соединённых между собой; шарики стоят рядами в строгом порядке*

Представь клетчатую сетку из шариков: каждый шарик — в своём узле, и порядок повторяется по всей сетке. Частицы колеблются около узлов, как тележки около своего равновесного положения.

**Аморфное состояние**

Твёрдое состояние вещества, характеризующееся отсутствием кристаллической решётки и дальнего порядка в расположении частиц (порядок наблюдается только в пределах ближнего окружения атома); обладает свойствами высокой вязкости и медленной текучести.

*Рисунок: Сетка из соединённых шариков без правильного повторяющегося порядка*

**Как не перепутать**

**Аналогия.** Кристалл — строй солдат на плацу: где ни посмотри, ряды одинаковые. Аморфное тело — толпа, которую «заморозили» на месте: рядом с каждым человеком соседи стоят более-менее аккуратно, а в целом порядка нет. Оговорка: аморфное тело — всё же твёрдое, частицы не разбежались.

**Как запомнить.** Правило самопроверки: если порядок повторяется далеко (по всей решётке) — кристалл; если порядок только рядом с атомом — аморфное тело.

**Кристаллическое и аморфное тело**

| Признак | Кристаллическое | Аморфное |
| --- | --- | --- |
| Решётка | Есть, повторяется по всему телу | Нет |
| Порядок частиц | Дальний, строгий | Только ближний, вокруг атома |
| Текучесть | Нет, форма сохраняется | Медленная, высокая вязкость |

**Проверь себя:** Что такое узлы кристаллической решётки?
**Ответ:** Места устойчивого равновесного расположения атомов или молекул в кристаллической решётке; частицы колеблются около этих мест.

**Опыт: вырастить кристалл соли или сахара**

Программа предлагает вырастить кристаллы поваренной соли или сахара. Общая идея: растворить вещество в тёплой воде, налить раствор в ёмкость и оставить, чтобы вода медленно испарялась; на нитке или на дне частицы выстраиваются в решётку и вырастают кристаллы. Подробные пропорции и сроки бери из описания опыта в учебнике или от учителя — в этом материале точных данных нет.

### Проверь себя

**Что представляют собой «узлы кристаллической решётки»?**
- Пустые пространства между молекулами газа
- Области, где полностью исчезают силы отталкивания
- Места постоянного нахождения и колебаний атомов или молекул в кристалле — верно
- Точки, в которых молекулы жидкости меняют направление движения
> Узлы — это точки равновесных положений, вокруг которых упорядоченно колеблются частицы.

**Какое из перечисленных веществ имеет кристаллическое строение согласно тексту параграфа?**
- Поваренная соль — верно
- Смола
- Янтарь
- Опал
> Поваренная соль прямо указана в тексте как пример вещества с кристаллической решёткой.

**Главное отличие аморфного состояния твёрдого тела от кристаллического заключается в:**
- Отсутствии кристаллической решётки и общем беспорядочном расположении молекул — верно
- Мгновенном испарении при комнатной температуре
- Полном отсутствии сил притяжения между атомами
- Неспособности сохранять объём при постоянной температуре
> В аморфных телах нет строгой повторяющейся пространственной структуры по всему объёму.

**Какая характерная особенность порядка в расположении атомов наблюдается в аморфных веществах?**
- Атомы расположены строго по вершинам правильных кубов
- Строгий порядок сохраняется на протяжении всего объёма тела
- Порядок наблюдается только в небольшой области вблизи каждого атома — верно
- Расположение атомов абсолютно идентично структуре идеального газа
> В аморфных телах существует только ближний порядок, который исчезает с увеличением расстояния.

**Каким специфическим свойством, сближающим их с жидкостями, обладают вещества в аморфном состоянии?**
- Они легко сжимаются в сотни раз
- Они текучи, но текут очень медленно — верно
- Они всегда занимают весь предоставленный объём
- Они состоят из принципиально других молекул, чем кристаллы
> Из-за отсутствия кристаллической решётки аморфные тела способны медленно менять форму со временем.

**Какие примеры природно встречающихся аморфных веществ приводятся в тексте урока?**
- Поваренная соль и сухой лёд
- Лёд, алмаз, железо
- Опал, янтарь, смолы — верно
- Вода, ртуть, кислород
> Эти вещества приведены в тексте как примеры аморфных тел, не имеющих кристаллической решётки.

**В каком агрегатном состоянии ртуть показана на рисунке под буквой «а» в источнике?**
- В твёрдом — верно
- В газообразном
- В жидком
- В аморфном
> В подписи к иллюстрации указано: «а — твёрдое; б — жидкое».

**Какую структуру образуют расположенные в строго определённом порядке атомы большинства твёрдых веществ?**
- Кристаллическую решётку — верно
- Аморфный конгломерат
- Хаотический ансамбль
- Молекулярное облако
> Упорядоченная повторяющаяся структура расположения частиц называется кристаллической решёткой.

## Ключевые термины

- **Агрегатные состояния вещества** — твёрдое, жидкое, газообразное состояния одного и того же вещества
- **Кристаллическое состояние** — твёрдое состояние с кристаллической решёткой
- **Аморфное состояние** — твёрдое состояние без решётки и дальнего порядка
- **Узлы кристаллической решётки** — места устойчивого равновесного расположения атомов или молекул
- **Равновесное расстояние между молекулами** — расстояние, на котором притяжение уравновешивает отталкивание

## Итог

- Одно вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным; молекулы при этом одни и те же
- Различия определяются расстоянием между молекулами, их тепловым движением и взаимодействием
- Газ не сохраняет ни форму, ни объём; жидкость сохраняет объём и текуча; твёрдое тело сохраняет и форму, и объём
- Кристалл — дальний порядок и решётка; аморфное тело — только ближний порядок и медленная текучесть

## Шпаргалка

### Три состояния вещества

- **Газ** — ни форму, ни объём не сохраняет
- **Жидкость** — сохраняет объём, принимает форму сосуда
- **Твёрдое тело** — сохраняет форму и объём
- **Равновесное расстояние** — притяжение уравновешивает отталкивание

### Газ, жидкость, твёрдое тело

| Признак | Газ | Жидкость | Твёрдое тело |
| --- | --- | --- | --- |
| Расстояние между молекулами | Намного больше размеров | Малое | Близко к размерам частиц |
| Движение молекул | Свободно разлетаются | Скачки между положениями | Колебания около узлов |
| Форма | Нет | По сосуду | Своя |
| Объём | Нет | Сохраняется | Сохраняется |

### Кристалл и аморфное тело

| Признак | Кристалл | Аморфное тело |
| --- | --- | --- |
| Решётка | Есть | Нет |
| Порядок | Дальний | Только ближний |
| Текучесть | Нет | Медленная |

## Любопытное

- Аморфные тела текут — только очень медленно: у них высокая вязкость и медленная текучесть.
- Молекулы одного вещества одинаковы во всех состояниях: лёд, вода и пар состоят из одних и тех же молекул.