Interakcione sile između molekula. Struktura gasovitih, tečnih i čvrstih tela
Struktura gasova, tečnosti i čvrstih tela.
Osnovni principi molekularne kinetičke teorije:
Sve supstance se sastoje od molekula, a molekule se sastoje od atoma,
atomi i molekuli su u stalnom kretanju,
Između molekula postoje sile privlačenja i odbijanja.
IN gasovi molekule se kreću haotično, udaljenosti između molekula su velike, molekularne sile su male, plin zauzima cijeli volumen koji mu se daje.
IN tečnosti molekuli su raspoređeni na uredan način samo na malim udaljenostima, a na velikim udaljenostima red (simetrija) rasporeda je narušen - „redak kratkog dometa“. Sile molekularne privlačnosti drže molekule blizu jedna drugoj. Kretanje molekula je "skakanje" iz jednog stabilnog položaja u drugi (obično unutar jednog sloja. Ovo kretanje objašnjava fluidnost tečnosti. Tečnost nema oblik, ali ima zapreminu.
Čvrste tvari su tvari koje zadržavaju svoj oblik, podijeljene na kristalne i amorfne. Kristalne čvrste materije tijela imaju kristalnu rešetku u čijim čvorovima mogu biti joni, molekuli ili atomi. Oni osciliraju u odnosu na stabilne ravnotežne položaje. Kristalne rešetke imaju pravilnu strukturu u cijelom volumenu - „dalekometni red“ rasporeda.
Amorfna tela zadržavaju svoj oblik, ali nemaju kristalnu rešetku i, kao rezultat, nemaju izraženu tačku topljenja. Nazivaju se smrznutim tečnostima, jer i one, kao i tečnosti, imaju molekularni poredak „kratkog dometa“.
Molekularne interakcijske sile
Svi molekuli tvari međusobno djeluju silama privlačenja i odbijanja. Dokazi interakcije molekula: fenomen vlaženja, otpornost na kompresiju i napetost, niska kompresibilnost čvrstih materija i gasova, itd. Razlog interakcije molekula su elektromagnetne interakcije naelektrisanih čestica u supstanci. Kako ovo objasniti? Atom se sastoji od pozitivno nabijenog jezgra i negativno nabijene elektronske ljuske. Naboj jezgra jednak je ukupnom naboju svih elektrona, tako da je atom kao cjelina električno neutralan. Molekul koji se sastoji od jednog ili više atoma je također električno neutralan. Razmotrimo interakciju između molekula na primjeru dva stacionarna molekula. Gravitacijske i elektromagnetne sile mogu postojati između tijela u prirodi. Budući da su mase molekula izuzetno male, zanemarive sile gravitacijske interakcije između molekula mogu se zanemariti. Na vrlo velikim udaljenostima također nema elektromagnetne interakcije između molekula. Ali, kako se udaljenost između molekula smanjuje, molekuli se počinju orijentirati na takav način da će njihove strane okrenute jedna prema drugoj imati naboje različitih znakova (u principu, molekuli ostaju neutralni), a između molekula nastaju privlačne sile. Uz još veće smanjenje udaljenosti između molekula, odbojne sile nastaju kao rezultat interakcije negativno nabijenih elektronskih ljuski atoma molekula. Kao rezultat toga, na molekul djeluje zbir sila privlačenja i odbijanja. Na velikim udaljenostima prevladava sila privlačenja (na udaljenosti od 2-3 promjera molekula privlačnost je maksimalna), na malim udaljenostima prevladava sila odbijanja. Između molekula postoji udaljenost na kojoj privlačne sile postaju jednake silama odbijanja. Ovaj položaj molekula naziva se položajem stabilne ravnoteže. Molekule koje se nalaze na udaljenosti jedna od druge i povezane elektromagnetnim silama imaju potencijalnu energiju. U stabilnom ravnotežnom položaju, potencijalna energija molekula je minimalna. U supstanciji, svaki molekul interaguje istovremeno sa mnogim susjednim molekulima, što također utječe na vrijednost minimalne potencijalne energije molekula. Osim toga, svi molekuli neke supstance su u neprekidnom kretanju, tj. imaju kinetičku energiju. Dakle, struktura supstance i njena svojstva (čvrsta, tečna i gasovita tela) određuju se odnosom između minimalne potencijalne energije interakcije molekula i rezerve kinetičke energije toplotnog kretanja molekula.
Struktura i svojstva čvrstih, tečnih i gasovitih tela
Struktura tijela se objašnjava interakcijom čestica tijela i prirodom njihovog toplinskog kretanja.
Solid
Čvrste materije imaju konstantan oblik i zapreminu i praktično su nestišljive. Minimalna potencijalna energija interakcije molekula veća je od kinetičke energije molekula. Jaka interakcija čestica. Toplotno kretanje molekula u čvrstom stanju izražava se samo vibracijama čestica (atoma, molekula) oko stabilnog ravnotežnog položaja.
Zbog velikih sila privlačenja, molekuli praktički ne mogu promijeniti svoj položaj u materiji, što objašnjava nepromjenjivost volumena i oblika čvrstih tijela. Većina čvrstih tijela ima prostorno uređen raspored čestica koje formiraju pravilnu kristalnu rešetku. Čestice materije (atomi, molekuli, joni) nalaze se na vrhovima - čvorovima kristalne rešetke. Čvorovi kristalne rešetke poklapaju se sa položajem stabilne ravnoteže čestica. Takve čvrste supstance nazivaju se kristalnim.
Tečnost
Tečnosti imaju određeni volumen, ali nemaju svoj oblik, one poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Minimalna potencijalna energija interakcije između molekula je uporediva sa kinetičkom energijom molekula. Slaba interakcija čestica. Toplotno kretanje molekula u tečnosti izražava se vibracijama oko stabilnog ravnotežnog položaja unutar zapremine koju molekulu obezbeđuju njegovi susedi. Molekuli se ne mogu slobodno kretati po cijelom volumenu tvari, ali su mogući prijelazi molekula na susjedna mjesta. Ovo objašnjava fluidnost tečnosti i mogućnost promene njenog oblika.
U tečnostima su molekule prilično čvrsto vezane jedna za drugu silama privlačenja, što objašnjava nepromjenjivost volumena tekućine. U tekućini je udaljenost između molekula približno jednaka promjeru molekula. Kada se razmak između molekula smanji (kompresija tečnosti), sile odbijanja naglo rastu, pa su tečnosti nestišljive. Po svojoj strukturi i prirodi termičkog kretanja, tečnosti zauzimaju međupoziciju između čvrstih tela i gasova. Iako je razlika između tečnosti i gasa mnogo veća nego između tečnosti i čvrste materije. Na primjer, tokom topljenja ili kristalizacije, volumen tijela se mijenja mnogo puta manje nego prilikom isparavanja ili kondenzacije.
Gasovi nemaju konstantan volumen i zauzimaju cijeli volumen posude u kojoj se nalaze. Minimalna potencijalna energija interakcije između molekula je manja od kinetičke energije molekula. Čestice materije praktički ne stupaju u interakciju. Plinovi se odlikuju potpunim poremećajem u rasporedu i kretanju molekula.
Udaljenost između molekula plina je višestruka više veličina molekule Male privlačne sile ne mogu držati molekule blizu jedna drugoj, tako da se plinovi mogu širiti bez ograničenja. Gasovi se lako sabijaju pod uticajem spoljašnjeg pritiska, jer udaljenosti između molekula su velike, a sile interakcije su zanemarljive. Pritisak plina na stijenke posude stvara se udarima molekula plina koji se kreću.
Sva neživa materija se sastoji od čestica koje se mogu drugačije ponašati. Struktura gasovitih, tečnih i čvrstih tela ima svoje karakteristike. Čestice u čvrstim materijama drže se zajedno tako što su veoma blizu, što ih čini veoma jakim. Osim toga, mogu zadržati određeni oblik, jer se njihove najsitnije čestice praktički ne kreću, već samo vibriraju. Molekule u tečnostima su prilično blizu jedna drugoj, ali se mogu slobodno kretati, dakle sopstveni oblik nemaju. Čestice u plinovima se kreću vrlo brzo i obično ima puno prostora oko njih, što znači da se mogu lako komprimirati.
Svojstva i struktura čvrstih tijela
Koja je struktura i strukturne karakteristike čvrstih tela? Sastoje se od čestica koje se nalaze vrlo blizu jedna drugoj. Ne mogu se pomicati i stoga njihov oblik ostaje fiksan. Koja su svojstva čvrste tvari? Ne kompresuje se, ali ako se zagrije, njegov volumen će se povećavati s povećanjem temperature. To se događa zato što čestice počnu vibrirati i kretati se, uzrokujući smanjenje gustoće.
Jedna od karakteristika čvrstih tijela je da imaju stalan oblik. Kada se čvrsta materija zagreje, kretanje čestica se povećava. Brže pokretne čestice sudaraju se jače, uzrokujući da svaka čestica gura svoje susjede. Stoga povećanje temperature obično rezultira povećanjem tjelesne snage.
Kristalna struktura čvrstih tijela
Intermolekularne sile interakcije između susjednih molekula čvrste tvari dovoljno su jake da ih drže u fiksnom položaju. Ako su ove najmanje čestice u visoko uređenoj konfiguraciji, tada se takve strukture obično nazivaju kristalnim. Pitanjima unutrašnjeg poretka čestica (atoma, jona, molekula) elementa ili jedinjenja bavi se posebna nauka - kristalografija.
Čvrste materije su takođe od posebnog interesa. Proučavajući ponašanje čestica i kako su one strukturirane, hemičari mogu objasniti i predvidjeti kako će se određene vrste materijala ponašati pod određenim uvjetima. Najmanje čestice čvrste tvari raspoređene su u rešetku. To je takozvani pravilan raspored čestica, gdje različite kemijske veze među njima igraju važnu ulogu.
Pojasna teorija strukture čvrstog tijela smatra ga zbirkom atoma, od kojih se svaki, zauzvrat, sastoji od jezgra i elektrona. U kristalnoj strukturi, jezgra atoma se nalaze u čvorovima kristalne rešetke, koju karakteriše određena prostorna periodičnost.
Kakva je struktura tečnosti?
Struktura čvrstih materija i tečnosti je slična po tome što se čestice od kojih se sastoje nalaze na bliskoj udaljenosti. Razlika je u tome što se molekuli kreću slobodno, jer je sila privlačenja između njih mnogo slabija nego u čvrstom tijelu.
Koja svojstva ima tečnost? Prvi je fluidnost, a drugi je da će tečnost poprimiti oblik posude u koju se nalazi. Ako ga zagrijete, jačina će se povećati. Zbog blizine čestica jedna drugoj, tekućina se ne može komprimirati.
Kakva je struktura i struktura gasovitih tela?
Čestice plina su nasumično raspoređene, toliko su udaljene jedna od druge da između njih ne može nastati privlačna sila. Koja svojstva ima gas i kakva je struktura gasovitih tela? U pravilu, plin ravnomjerno ispunjava cijeli prostor u kojem je postavljen. Lako se kompresuje. Brzina čestica plinovitog tijela raste s porastom temperature. Istovremeno se povećava i pritisak.
Strukturu gasovitih, tečnih i čvrstih tela karakterišu različite udaljenosti između najmanjih čestica ovih supstanci. Čestice gasa su mnogo dalje jedna od druge od čvrstih ili tečnih čestica. U zraku, na primjer, prosječna udaljenost između čestica je oko deset puta veća od prečnika svake čestice. Dakle, zapremina molekula zauzima samo oko 0,1% ukupne zapremine. Preostalih 99,9% je prazan prostor. Nasuprot tome, tečne čestice ispunjavaju oko 70% ukupne zapremine tečnosti.
Svaka čestica gasa kreće se slobodno duž pravog puta sve dok se ne sudari sa drugom česticom (gasom, tečnom ili čvrstom materijom). Čestice se obično kreću prilično brzo, a nakon što se dvije od njih sudare, odbijaju se jedna od druge i nastavljaju put same. Ovi sudari mijenjaju smjer i brzinu. Ova svojstva čestica plina omogućavaju plinovima da se šire kako bi ispunili bilo koji oblik ili volumen.
Promjena države
Struktura gasovitih, tečnih i čvrstih tela može se promeniti ako su izložena određenom spoljašnjem uticaju. Oni se čak mogu transformisati u jedno drugo stanje pod određenim uslovima, kao što je zagrevanje ili hlađenje.
![](https://i1.wp.com/fb.ru/misc/i/gallery/35703/953173.jpg)
- Isparavanje. Struktura i svojstva tečnih tijela omogućavaju im da se pod određenim uvjetima transformiraju u potpuno drugačije fizičko stanje. Na primjer, ako slučajno prolijete benzin dok sipate gorivo u automobil, brzo ćete primijetiti njegov oštar miris. Kako se to događa? Čestice se kreću kroz tečnost, na kraju dospevši do površine. Njihovo usmjereno kretanje može prenijeti ove molekule izvan površine u prostor iznad tekućine, ali će ih gravitacija povući nazad. S druge strane, ako se čestica kreće vrlo brzo, može se odvojiti od drugih na značajnoj udaljenosti. Dakle, s povećanjem brzine čestica, što se obično događa pri zagrijavanju, dolazi do procesa isparavanja, odnosno pretvaranja tekućine u plin.
Ponašanje tijela u različitim fizičkim stanjima
Struktura plinova, tekućina i čvrstih tijela je uglavnom zbog činjenice da se sve te tvari sastoje od atoma, molekula ili iona, ali ponašanje ovih čestica može biti potpuno drugačije. Čestice plina su nasumično raspoređene jedna od druge, molekule tekućine su blizu jedna drugoj, ali nisu tako rigidno strukturirane kao u čvrstoj tvari. Čestice plina vibriraju i kreću se velikom brzinom. Atomi i molekuli tečnosti vibriraju, kreću se i klize jedni pored drugih. Čestice čvrstog tijela također mogu vibrirati, ali kretanje kao takvo za njih nije svojstveno.
Karakteristike unutrašnje strukture
Da biste razumjeli ponašanje materije, prvo morate proučiti karakteristike njene unutrašnje strukture. Koje su unutrašnje razlike između granita, maslinovog ulja i helijuma u balonu? Jednostavan model strukture materije pomoći će odgovoriti na ovo pitanje.
Model je pojednostavljena verzija stvarnog objekta ili supstance. Na primjer, prije nego što počne stvarna gradnja, arhitekti prvo konstruiraju model građevinskog projekta. Takav pojednostavljeni model ne podrazumijeva nužno tačan opis, ali u isto vrijeme može dati približnu predstavu o tome kakva će biti određena struktura.
Pojednostavljeni modeli
U nauci, međutim, modeli nisu uvijek fizička tijela. Tokom prošlog veka došlo je do značajnog povećanja ljudskog razumevanja fizički svijet. Međutim, veliki dio akumuliranog znanja i iskustva zasniva se na izuzetno složenim konceptima, kao što su matematičke, kemijske i fizičke formule.
Da biste sve ovo razumjeli, morate biti prilično upućeni u ove egzaktne i složene nauke. Naučnici su razvili pojednostavljene modele za vizualizaciju, objašnjenje i predviđanje fizičkih pojava. Sve ovo na značajan način olakšava razumijevanje zašto neka tijela imaju stalan oblik i volumen na određenoj temperaturi, dok ih druga mogu mijenjati itd.
Sva materija je sastavljena od sićušnih čestica. Ove čestice su u stalnom kretanju. Količina kretanja povezana je s temperaturom. Povećana temperatura ukazuje na povećanje brzine kretanja. Strukturu gasovitih, tečnih i čvrstih tela razlikuje se po slobodi kretanja njihovih čestica, kao i po tome koliko su čestice snažno privučene jedna drugoj. Fizički zavisi od toga psihičko stanje. Vodena para, tečna voda i led imaju ista hemijska svojstva, ali se njihova fizička svojstva značajno razlikuju.
Gasovi. U plinovima je udaljenost između atoma ili molekula u prosjeku višestruko veća od veličine samih molekula. Na primjer, pri atmosferskom pritisku zapremina posude je desetine hiljada puta veća od zapremine molekula u njoj.
Plinovi se lako sabijaju, a prosječna udaljenost između molekula se smanjuje, ali se molekuli međusobno ne komprimiraju.
Molekuli se kreću ogromnim brzinama - stotinama metara u sekundi - u svemiru. Kada se sudare, odbijaju se jedni od drugih u različitim smjerovima kao loptice za bilijar. Slabe privlačne sile molekula gasa nisu u stanju da ih drže jedna blizu druge. Stoga se plinovi mogu širiti neograničeno. Ne zadržavaju ni oblik ni volumen. Brojni udari molekula na zidove posude stvaraju pritisak plina.
Tečnosti. Molekuli tekućine nalaze se gotovo blizu jedan drugom, tako da se molekul tekućine ponaša drugačije od molekula plina. U tečnostima postoji takozvani poredak kratkog dometa, odnosno uređeni raspored molekula se održava na udaljenosti jednakim nekoliko prečnika molekula. Molekul vibrira oko svoje pozicije, sudarajući se sa susjednim molekulima. Samo s vremena na vrijeme ona napravi još jedan "skok", ulazeći u novi ravnotežni položaj. U ovom ravnotežnom položaju, sila odbijanja je jednaka sili privlačenja, tj. ukupna sila interakcije molekula je nula. Vrijeme ustaljenog života molekula vode, odnosno vrijeme njegovih oscilacija oko jednog određenog ravnotežnog položaja na sobnoj temperaturi je u prosjeku 10-11 s. Vrijeme jedne oscilacije je mnogo manje (10-12-10-13 s). Sa povećanjem temperature, vrijeme zadržavanja molekula se smanjuje. Prirodu molekularnog kretanja u tekućinama, prvi je ustanovio sovjetski fizičar Ya.I. Frenkel, omogućava vam da razumete osnovna svojstva tečnosti. Molekuli tečnosti nalaze se direktno jedan pored drugog. Kako se volumen smanjuje, sile odbijanja postaju vrlo velike. Ovo objašnjava nisku kompresibilnost tečnosti. Kao što znate, tečnosti su fluidne, odnosno ne zadržavaju svoj oblik. Ovo se može objasniti na ovaj način. Vanjska sila ne mijenja primjetno broj molekularnih skokova u sekundi. Ali skokovi molekula iz jednog stacionarnog položaja u drugi se dešavaju pretežno u pravcu spoljne sile (slika 8.8). Zbog toga tečnost teče i poprima oblik posude.
Čvrste materije.
Atomi ili molekuli čvrstih tijela vibriraju oko određenih ravnotežnih položaja, stoga čvrsta tijela zadržavaju ne samo volumen, već i oblik
Ako povežete centar ravnoteže atoma ili jona čvrste supstance, dobićete pravilnu prostornu rešetku koja se naziva kristalna rešetka
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/173069/image012.jpg)
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/173069/image013.jpg)
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/173069/image014.jpg)
![](https://i1.wp.com/studwood.ru/imag_/43/173069/image015.jpg)
Kristalna tijela.
Kristali su čvrsta tijela čiji atomi ili molekuli zauzimaju određeni, uredan položaj u prostoru. Stoga kristali imaju ravne ivice. Na primjer, zrno obične kuhinjske soli ima ravne ivice koje formiraju prave kutove jedna s drugom.
Anizotropija kristala.
Tačno spoljašnji oblik nije jedina pa čak ni najvažnija posljedica uređene strukture kristala. Glavna stvar je ovisnost fizičkih svojstava o smjeru odabranom u kristalu. Na primjer, komad liskuna se lako raslojava u jednom smjeru u tanke ploče, ali ga je mnogo teže pocijepati u smjeru okomitom na ploče. Mnogi kristali različito provode toplinu i električnu struju u različitim smjerovima. Zavisi od smjera optička svojstva kristali. Dakle, kristal kvarca lomi svjetlost različito ovisno o smjeru zraka koji na njega upadaju. Ovisnost fizičkih svojstava o smjeru unutar kristala naziva se anizotropija. Sva kristalna tijela su anizotropna.
Monokristali i polikristali.
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/173069/image016.jpg)
![](https://i0.wp.com/studwood.ru/imag_/43/173069/image017.jpg)
Metali imaju kristalnu strukturu. Ako uzmete veliki komad metala, tada se na prvi pogled njegova kristalna struktura ne čini ni na koji način. izgled komad, niti u njegovim fizičkim svojstvima
Obično se metal sastoji od ogromnog broja malih kristala spojenih zajedno. Svojstva svakog kristala ovise o smjeru, ali kristali su nasumično orijentirani jedan prema drugom. Kao rezultat toga, u zapremini znatno većoj od zapremine pojedinačnih kristala, svi pravci unutar metala su jednaki i svojstva metala su ista u svim pravcima.
Čvrsta materija koja se sastoji od velikog broja malih kristala naziva se polikristalna. Monokristali se nazivaju monokristali.
Gasovi Gas (gasovito stanje) (od holandskog gas) je stanje agregacije tvari, koje karakteriziraju vrlo slabe veze između njenih sastavnih čestica (molekula, atoma ili jona), kao i njihova velika pokretljivost. Čestice plina kreću se gotovo slobodno i haotično u intervalima između sudara, pri čemu dolazi do oštre promjene u prirodi njihovog kretanja. Gasovito stanje supstance u uslovima u kojima je moguće postojanje stabilne tečne ili čvrste faze iste supstance obično se naziva para. Kao i tečnosti, gasovi imaju fluidnost i otporni su na deformacije. Za razliku od tekućina, plinovi nemaju fiksnu zapreminu i ne formiraju slobodnu površinu, već imaju tendenciju da popune cijeli raspoloživi volumen (na primjer, posudu).
Gasovito stanje je najčešće stanje materije u svemiru (međuzvjezdana materija, magline, zvijezde, planetarne atmosfere, itd.). By hemijska svojstva plinovi i njihove mješavine su vrlo raznolike - od niskoaktivnih inertnih plinova do eksplozivnih mješavina plinova. Gasovi ponekad uključuju ne samo sisteme atoma i molekula, već i sisteme drugih čestica - fotona, elektrona, Brownove čestice, kao i plazmu
Gasovi se mogu neograničeno širiti. Ne zadržavaju svoj oblik ili zapreminu. Brojni udari molekula na zidove posude stvaraju pritisak gasa.
TEČNOST Tečnost je jedno od agregatnih agregatnih stanja materije. Glavno svojstvo tečnosti, koje je razlikuje od drugih agregatnih stanja, je sposobnost da neograničeno mijenja svoj oblik pod utjecajem tangencijalnih mehaničkih naprezanja, čak i proizvoljno malih, uz praktično održavanje volumena.
Tečnost je fizičko tijelo, koji ima dva svojstva: Ima tečnost, zbog čega nema oblik i poprima oblik posude u kojoj se nalazi. Malo mijenja oblik i volumen s promjenama tlaka i temperature, u čemu je sličan čvrstom tijelu.
Tečno stanje se obično smatra srednjim između čvrste supstance i gasa: gas ne zadržava ni zapreminu ni oblik, ali čvrsta materija zadržava oboje. Oblik tekućih tijela može se u potpunosti ili djelomično odrediti činjenicom da se njihova površina ponaša kao elastična membrana. Dakle, voda se može sakupljati u kapima. Ali tečnost je sposobna da teče čak i ispod svoje nepokretne površine, a to znači i nesačuvane oblike (unutrašnjih delova tečnog tela). Molekuli tekućine nemaju određen položaj, ali u isto vrijeme nemaju potpunu slobodu kretanja. Između njih postoji privlačnost, dovoljno jaka da ih drži blizu. Tvar u tekućem stanju postoji u određenom temperaturnom rasponu, ispod kojeg prelazi u čvrsto stanje (nastaje kristalizacija ili transformacija u čvrsto amorfno stanje - staklo), iznad kojeg prelazi u plinovito stanje (dolazi do isparavanja). Granice ovog intervala zavise od pritiska. Po pravilu, supstanca u tečnom stanju ima samo jednu modifikaciju. (Najvažniji izuzeci su kvantne tečnosti i tečni kristali.) Stoga, u većini slučajeva, tečnost nije samo agregatno stanje, već i termodinamička faza (tečna faza). Sve tečnosti se obično dele na čiste tečnosti i mješavine. Neke tečne mješavine imaju veliki značaj za život: krv, morska voda itd. Tečnosti mogu delovati kao rastvarači.
Formiranje slobodne površine i površinski napon Zbog očuvanja zapremine, tečnost je sposobna da formira slobodnu površinu. Takva površina je međufaza između faza date supstance: s jedne strane je tečna faza, s druge je plinovita faza (para) i, eventualno, drugi plinovi, na primjer, zrak. Ako tekuća i gasovita faza iste supstance dođu u kontakt, nastaju sile koje teže smanjenju površine interfejsa – sile površinskog napona. Interfejs se ponaša kao elastična membrana koja ima tendenciju kontrakcije. Površinska napetost se može objasniti privlačenjem između tekućih molekula. Svaki molekul privlači druge molekule, nastoji da se „okruži“ njima i stoga napušta površinu. Shodno tome, površina ima tendenciju smanjenja. Zbog toga balon a kada ključaju, mjehurići imaju tendenciju da poprime sferni oblik: za dati volumen, sfera ima minimalnu površinu. Ako na tekućinu djeluju samo sile površinskog napona, ona će nužno poprimiti sferni oblik - na primjer, voda pada u nultu gravitaciju. Mali objekti gustoće veće od gustoće tečnosti mogu da „lebde” na površini tečnosti, jer je sila gravitacije manja od sile koja sprečava povećanje površine.
Prelazak tečnosti iz jednog stanja u drugo Isparavanje je postepeni prelazak supstance iz tečne u gasovitu fazu (paru). Tokom termičkog kretanja, neki molekuli napuštaju tečnost kroz njenu površinu i postaju para. Istovremeno, neki molekuli prelaze iz pare u tečnost. Ako više molekula napusti tečnost nego što uđe, dolazi do isparavanja. Kondenzacija je obrnuti proces, prijelaz tvari iz plinovitog u tekuće stanje. U tom slučaju više molekula prelazi u tečnost iz pare nego u paru iz tečnosti. Vrenje je proces isparavanja unutar tečnosti. Kad dosta visoke temperature pritisak pare postaje veći od pritiska unutar tečnosti i tu počinju da se formiraju mehurići pare, koji (pod uslovima gravitacije) plutaju na vrh. Vlaženje je površinski fenomen koji nastaje kada tečnost dođe u dodir sa čvrstom površinom u prisustvu pare, odnosno na granicama tri faze. Mišljivost je sposobnost tečnosti da se otapaju jedna u drugoj. Primer tečnosti koje se mešaju: voda i etil alkohol, primer tečnosti koje se ne mešaju: voda i tečno ulje.
Čvrsto tijelo je jedno od četiri stanja agregacije materije, koje se razlikuje od ostalih agregacijskih stanja (tečnosti, plinova, plazme) po stabilnosti svog oblika i prirodi toplinskog kretanja atoma koji vrše male oscilacije oko ravnotežnih položaja.
Teorija molekularne kinetike omogućava razumijevanje zašto supstanca može biti u različitim agregacijskim stanjima: plinovitom, tekućem i čvrstom.
Eksterni karakteristične karakteristike Ta stanja su kompresibilnost (promjena volumena) i fluidnost (održavanje oblika).
Sa stajališta molekularne kinetičke teorije, agregirajuća stanja se razlikuju po vrijednosti prosječne udaljenosti između molekula i prirodi kretanja molekula u odnosu jedan prema drugom.
Povećanjem temperature gasa pri fiksnom pritisku može se dobiti delimično, a zatim potpuno jonizovana plazma, koja se često smatra četvrtim agregatnim stanjem. Sa povećanjem pritiska materija može preći u peto – neutronsko – stanje, koje se u prirodi ostvaruje u obliku neutronskih zvezda.
Na osnovu MCT-a razmotrićemo razlike i sličnosti toplotnog kretanja čestica gasova, tečnosti i čvrstih tela.
Plinovi su tijela u kojima se molekule kreću gotovo slobodno haotično u intervalima između sudara, tokom kojih se priroda njihovog kretanja dramatično mijenja. Prema MCT-u, molekule plina se nalaze jedna od druge na udaljenostima koje nekoliko puta premašuju veličinu samih molekula. U ovom slučaju, privlačne sile su već male, pa se, sudjelujući u haotičnom kretanju, molekule plina mogu udaljiti na bilo koju udaljenost. Plin zauzima zapreminu posude bilo koje veličine. Pod utjecajem vanjskih sila može se značajno komprimirati.
Na primjer, zapremina posude može biti desetine hiljada puta veća od zapremine molekula u njoj.
Plinovi se lako komprimiraju ako se prosječna udaljenost između molekula smanji, ali se oblik molekula ne promijeni. Molekuli, koji se kreću u svemiru ogromnim brzinama - stotinama metara u sekundi, sudaraju se, a zatim se odbijaju jedni od drugih u različitim smjerovima poput bilijarskih kuglica. Slabe privlačne sile molekula gasa nisu u stanju da ih drže jedna blizu druge.
Stoga se plinovi mogu širiti neograničeno. Ne zadržavaju ni oblik ni volumen.
Brojni udari molekula na zidove posude stvaraju pritisak plina. Primjer za to bi bio balon. Ne može se naduvati na jednoj strani. Gas ili vazduh u kugli se širi po celoj zapremini.
Kako možete procijeniti koncentraciju molekula unutar lopte? Što je više gasa unutar lopte, to je ona gušće naduvana, tj. postaje elastičnija.
Tečnosti su tijela nastala od tvari u stanju u kojem se oblik tijela ne održava pod utjecajem gravitacije ili malog opterećenja. Međutim, tečnost je teško sabiti čak i pod značajnim silama.
Molekuli tečnosti ne formiraju konstantnu prostornu strukturu; locirane jedna od druge na udaljenosti koja je usporediva s veličinom samih molekula, gotovo blizu jedna drugoj, tako da se molekul tekućine ponaša drugačije od molekula plina. Priroda kretanja ovih molekula je skup oscilacija u odnosu na ravnotežni položaj, kao rezultat sudara sa susjednim molekulima, tj. privremeni sjedeći položaj, naizmjenično sa skokovima u novi sjedeći položaj.
U tečnostima postoji takozvani poredak kratkog dometa, odnosno uređeni raspored molekula se održava na udaljenosti jednakim nekoliko prečnika molekula. Molekul oscilira oko svoje ravnotežne pozicije: ovdje je sila odbijanja jednaka sili privlačnosti, tj. ukupna sila interakcije molekula je nula. Vrijeme sjedilačkog života molekula vode: vrijeme njegovih oscilacija oko jednog specifičnog ravnotežnog položaja na sobnoj temperaturi je u prosjeku 10-11 s. Vrijeme jedne oscilacije je mnogo manje od 10-12-10-13 s. Sa povećanjem temperature, vrijeme zadržavanja molekula se smanjuje.
Prirodu molekularnog kretanja u tekućinama prvi je ustanovio sovjetski fizičar Jakov Iljič Frenkel. Rezultati njegovog rada omogućavaju nam da shvatimo osnovna svojstva tečnosti.
Molekuli tečnosti nalaze se direktno jedan pored drugog. Kako se volumen smanjuje, sile odbijanja postaju vrlo velike. Ovo objašnjava nisku kompresibilnost tečnosti.
Tečnosti su fluidne, odnosno ne zadržavaju svoj oblik, jer vanjska sila ne mijenja primjetno broj molekularnih skokova u sekundi. Ali skokovi molekula iz jednog stacionarnog položaja u drugi događaju se pretežno u smjeru djelovanja vanjske sile. Zbog toga tečnost teče i poprima oblik posude.
Čvrsto tijelo je agregacijsko stanje tvari koje karakterizira stabilnost oblika pod značajnim opterećenjima (uporedivim s efektima gravitacije) i toplinsko kretanje atoma u obliku malih vibracija oko ravnotežnih položaja (dakle pojava deformacija samo pod velikim spoljne sile). Osim toga, udaljenost između molekula je usporediva s veličinom samih molekula, a kada se kompresuju, između njih nastaju odbojne sile (dakle nestišljivost čvrstih tijela).
Atomi ili molekuli čvrstih materija, za razliku od atoma i molekula tečnosti, vibriraju oko određenih ravnotežnih položaja. Iz tog razloga, čvrsta tijela zadržavaju ne samo volumen, već i oblik. Potencijalna energija interakcije između molekula čvrstog tijela znatno je veća od njihove kinetičke energije.
Postoji još jedna važna razlika između tečnosti i čvrstih materija. Tečnost se može uporediti sa gomilom ljudi, gde se pojedinci nemirno guraju u mestu, a čvrsto telo je poput iste gomile ljudi koji, iako ne stoje na pažnji, održavaju u proseku određene udaljenosti između sebe. Ako povežete centre ravnotežnih položaja atoma ili jona čvrste supstance, dobijate pravilnu prostornu rešetku, koja se naziva kristalna rešetka.
Crteži prikazuju kristalne rešetke kuhinjske soli i dijamanta. Unutrašnji poredak u rasporedu atoma u kristalima dovodi do pravilnih spoljašnjih geometrijskih oblika.
Postoje kristalne i amorfne čvrste materije.
U amorfnim tijelima atomi vibriraju oko nasumično lociranih tačaka, čiji se redoslijed opaža samo na udaljenostima usporedivim s međuatomskim.
U kristalima se opaža periodičnost položaja ovih tačaka za proizvoljno udaljene atome.
Sa stanovišta MCT-a, ova svojstva se objašnjavaju uređenim rasporedom atoma (molekula) u tijelu. Ovaj raspored se ne mijenja dugo vremena.
Kristal je čvrsta supstanca koja ima trodimenzionalnu periodičnu atomsku ili molekularnu strukturu. Obično takvo tijelo ima oblik pravilnog simetričnog poliedra. Veliki monokristali se nazivaju monokristali. U prirodi se nalaze monokristali različitih veličina: od vrlo velikih kristala kvarca (do nekoliko stotina kilograma) do malih (raspršujući kristali dijamanata). Prepoznatljiva karakteristika kristalna tijela su:
1) anizotropija monokristala (zavisnost svojstava o pravcu); na primjer, ako stavite staklenu teglu, možete je lako zgnječiti stojeći na njoj. Međutim, ako spustite teglu, lako će izdržati vašu težinu;
2) prisustvo fiksne temperature topljenja.
Amorfno tijelo nema uređenu (kristalnu) strukturu molekula, zadržava svoj oblik samo zbog teškoće pomicanja molekula u odnosu na druge.
Kada se zagrije, amorfno tijelo postepeno omekšava. Mehanička, termička i druga svojstva su ista duž svih pravaca takvog tijela.
Amorfno stanje je karakteristično za molekule koje imaju veliku dužinu u odnosu na poprečnu veličinu samih molekula (organski polimeri, stakla). Uz produženo izlaganje malim silama, amorfna tijela, poput tekućina, pokazuju fluidnost.