Вещество в различных фазовых состояниях.

1. Сопоставьте свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Охарактеризуйте состояние частиц (ионы, атомы, молекулы) и их взаимодействие в веществах различных фазовых состояниях. Обсудите особенности проявления таких свойств газов, жидкостей и твердых тел, как объём и форма тела или занимаемого пространства, плотность, сжимаемость. Чем отличаются кристаллические тела от аморфных?

2. Утверждают, что свойства жидкостей изотропны. Что это означает? Какие межмолекулярные взаимодействия проявляются в жидкостях и как они влияют на свойства жидкостей?

3. Выпишите математическую зависимость, выражающую правило фаз Гиббса, и проанализируйте её. Что означает каждая из величин, входящих в эту зависимость? Особое внимание уделите величине k – числу независимых компонентов равновесной системы. Если известно общее число компонентов системы, то как вычислить число независимых компонентов? Приведите сокращенное выражение правила фаз Гиббса для систем, состояние которых определяется изменением лишь температуры Т и давления Р.

4. Дайте определение фазовому превращению или фазовому переходу. В чем заключается различие фазовых переходов первого и второго рода? Приведите примеры фазовых переходов обоих родов.

5. Приведите схему фазовой диаграммы однокомпонентной системы (на примере воды). Примените правило фаз Гиббса и определите число степеней свободы для условий, которые задаются следующими фигуративными точками: внутри фазовых полей; на линиях, характеризующих равновесие двух фаз; в тройной точке, отражающей равновесие трёх фаз. Какие значения давления пара воды соответствуют Т_т.т и Т_пл? Как велико различие между величинами Т_т.т и Т_пл? Найдите на диаграмме точку, выражающую критическую температуру воды Т_к. Охарактеризуйте состояние воды в критической точке. Что представляет собой «сверхкритическая вода» и какие возможности она открывает для технологических процессов?

6. Перечислите основные типы твёрдых тел. Из каких частиц и за счёт каких химических связей образуются твёрдые тела различных типов? Чем обусловлено соблюдение принципа плотнейшей упаковки сфер во многих молекулярных кристаллах? Почему в ковалентных кристаллах не соблюдается принцип плотнейшей упаковки атомов? Почему вещества, несмотря на подобие их структур, например структур типа алмаза, существенно различаются по свойствам? В чём причина того, что ионные соединения предпочитают структуры, формирующиеся в соответствии с принципом плотнейшей упаковки сфер? Почему этот принцип выполняется также при формировании металлических кристаллов? На основе каких принципов формируются структуры сплавов? Какие свойства и почему характерны для каждого типа твёрдых тел?

7. Что означает термин «энергия кристаллической решётки»? Какая реакция лежит в основе определения энергии решётки? Каково соотношение между энергией кристаллической решётки и энтальпией реакции образования соли из ионов в газовой фазе?

8. В чём состоит основное отличие сверхпроводников от обычных проводников электрического тока? Почему очень важной представляется проблема высокотемпературной проводимости? Какие виды керамики оказались высокотемпературными сверхпроводниками? Специалисты сформулировали некоторые требования к керамике, способствующие проявлению ею сверхпроводимости. Обсудите эти требования. Какие перспективы открывают высокотемпературные сверхпроводники для развития науки и техники?

9. Какие электролиты относятся к твердым электролитам? Какой тип проводимости является основным в твёрдых электролитах? Как можно охарактеризовать величину проводимости твёрдых электролитов? На какие два основных класса подразделяются твёрдые электролиты?

10. Чем замечательны жидкие кристаллы? Какие их разновидности известны? Какие особенности строения молекул проявляются у веществ, которые образуют жидкие кристаллы? Объясните, что даёт основание рассматривать жидкие кристаллы как переходное состояние между твёрдыми кристаллами и жидкостями? Как с помощью жидких кристаллов решается задача фиксирования изображений, воспроизведения их в цвете?