Problemele din această secțiune subliniază în principal ideea că moleculele din gaze sunt situate la distanțe mai mari decât în ​​lichide și solide ah, forțele de atracție dintre ele sunt nesemnificative și, prin urmare, gazele ocupă un volum mare. (O afirmație similară în legătură cu lichide și solide este, în general, incorectă. Pentru solide de mare valoare are și ordinea moleculelor.)

Al doilea concept care se formează în gradul VI la rezolvarea problemelor din această secțiune este diferența de natură a mișcării moleculelor în gaze, lichide și solide.

58(e). Folosind un băț, mutați dopul în pistolul de cartofi (Fig. 14) și observați scăderea volumului de aer. Faceți un experiment similar umplând tubul cu apă. Explicați diferența de compresibilitate a apei și a aerului pe baza structurii moleculare a substanțelor.

59. Cum se explică faptul că aburul produs prin fierberea apei ocupă aproximativ de 1700 de ori mai mult volum decât apa la temperatura de fierbere?

Răspuns. Moleculele de vapori sunt situate la distanțe atât de mari una de cealaltă încât forțele atractive dintre ele sunt nesemnificative și, prin urmare, nu pot provoca condensarea aburului la o anumită temperatură (la o viteză dată de mișcare a moleculelor).

60(e). Umpleți un tub de sticlă de jumătate de metru cu apă și alcool deasupra și apoi amestecați-le. Cum s-a schimbat volumul lichidului după aceasta? Explică de ce.

Răspuns. Volumul total a scăzut ca urmare a împachetării mai dense de molecule.

61. Omul de știință Bridgman a comprimat ulei într-un cilindru de oțel cu o forță enormă. Cum să explic că particulele de ulei ieșeau pe pereții exteriori ai cilindrului, deși nu existau fisuri în ele?

62. Dacă apăsați plăci de plumb și aur una împotriva celeilalte, atunci după ceva timp puteți găsi molecule de plumb în aur și molecule de aur în plumb. Explică de ce.

Rezolvarea problemelor 61 și 62. În solide și lichide, există mici decalaje între molecule, în ciuda împachetarii lor strânse. Moleculele efectuează în primul rând mișcări vibraționale. Imaginea amintește de oamenii dintr-un autobuz aglomerat, care, în ciuda condițiilor înghesuite, se deplasează, schimbându-și locurile între ei sau trecând în pasaje formate aleatoriu.

63(e). Examinați placa de mică și împărțiți-o în foi mai subțiri. Rupeți și examinați bucățile mari sare de masă. Cum, pe baza structurii moleculare a unei substanțe, se pot explica proprietățile inegale ale micii și sării în direcții diferite?

64(e). Rupeți o bucată de lac și explicați de ce se formează întotdeauna o suprafață netedă la rupere.

Răspuns. Var este un lichid îngroșat, astfel încât moleculele sale nu formează straturi alternante în mod regulat, ca într-un solid cristalin.

Toată materia nevii este alcătuită din particule care se pot comporta diferit. Structura corpurilor gazoase, lichide și solide are propriile sale caracteristici. Particulele din solide sunt ținute împreună prin faptul că sunt foarte apropiate, ceea ce le face foarte puternice. În plus, pot menține o anumită formă, deoarece cele mai mici particule ale lor practic nu se mișcă, ci doar vibrează. Moleculele din lichide sunt destul de apropiate unele de altele, dar se pot mișca liber, deci nu au propria lor formă. Particulele din gaze se mișcă foarte repede și, de obicei, există mult spațiu în jurul lor, ceea ce înseamnă că pot fi comprimate cu ușurință.

Proprietățile și structura solidelor

Care este structura și caracteristicile structurale ale solidelor? Ele constau din particule care sunt situate foarte aproape una de alta. Ele nu se pot mișca și, prin urmare, forma lor rămâne fixă. Care sunt proprietățile unui solid? Nu se comprimă, dar dacă este încălzit, volumul său va crește odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se întâmplă deoarece particulele încep să vibreze și să se miște, determinând scăderea densității.

Una dintre caracteristicile solidelor este că au o formă constantă. Când un solid se încălzește, mișcarea particulelor crește. Particulele care se mișcă mai rapid se ciocnesc mai violent, determinând fiecare particulă să-și împingă vecinii. Prin urmare, o creștere a temperaturii duce de obicei la o creștere a forței corpului.

Structura cristalină a solidelor

Forțele intermoleculare de interacțiune dintre moleculele vecine ale unui solid sunt suficient de puternice pentru a le menține într-o poziție fixă. Dacă aceste particule cele mai mici sunt într-o configurație foarte ordonată, atunci astfel de structuri sunt de obicei numite cristaline. Problemele de ordine internă a particulelor (atomi, ioni, molecule) unui element sau compus sunt tratate de o știință specială - cristalografia.

Solidele sunt, de asemenea, de interes deosebit. Studiind comportamentul particulelor și modul în care sunt structurate, chimiștii pot explica și prezice cum anumite tipuri materialele se vor comporta în anumite condiții. Cele mai mici particule dintr-un solid sunt aranjate într-o rețea. Acesta este așa-numitul aranjament regulat al particulelor, unde diferitele legături chimice dintre ele joacă un rol important.

Teoria benzilor a structurii unui corp solid îl consideră ca o colecție de atomi, fiecare dintre care, la rândul său, este format dintr-un nucleu și electroni. Într-o structură cristalină, nucleii atomilor sunt localizați în noduli rețea cristalină, care se caracterizează printr-o anumită periodicitate spațială.

Care este structura unui lichid?

Structura solidelor și lichidelor este similară prin aceea că particulele din care sunt compuse sunt situate la distanță apropiată. Diferența este că moleculele se mișcă liber, deoarece forța de atracție dintre ele este mult mai slabă decât într-un corp solid.

Ce proprietăți are lichidul? Primul este fluiditatea, iar al doilea este că lichidul va lua forma recipientului în care este plasat. Dacă îl încălziți, volumul va crește. Datorită proximității particulelor între ele, lichidul nu poate fi comprimat.

Care este structura și structura corpurilor gazoase?

Particulele de gaz sunt aranjate aleatoriu, sunt atât de departe unele de altele încât nu poate apărea nicio forță atractivă între ele. Ce proprietăți are gazul și care este structura corpurilor gazoase? De regulă, gazul umple uniform întregul spațiu în care a fost plasat. Se comprimă ușor. Viteza particulelor unui corp gazos crește odată cu creșterea temperaturii. În același timp, crește și presiunea.

Structura corpurilor gazoase, lichide și solide se caracterizează prin distanțe diferite între cele mai mici particule ale acestor substanțe. Particulele de gaz sunt mult mai îndepărtate decât particulele solide sau lichide. În aer, de exemplu, distanța medie dintre particule este de aproximativ zece ori diametrul fiecărei particule. Astfel, volumul moleculelor ocupă doar aproximativ 0,1% din volumul total. Restul de 99,9% este spațiu gol. În schimb, particulele lichide umplu aproximativ 70% din volumul total al lichidului.

Fiecare particulă de gaz se mișcă liber de-a lungul unei căi drepte până când se ciocnește cu o altă particulă (gaz, lichid sau solid). Particulele se mișcă, de obicei, destul de repede și, după ce două dintre ele se ciocnesc, sar una de alta și își continuă drumul singure. Aceste ciocniri schimbă direcția și viteza. Aceste proprietăți ale particulelor de gaz permit gazelor să se extindă pentru a umple orice formă sau volum.

Schimbarea de stat

Structura corpurilor gazoase, lichide și solide se poate modifica dacă sunt expuse unei anumite influențe externe. Se pot transforma chiar unul în stările celuilalt în anumite condiții, cum ar fi în timpul încălzirii sau răcirii.

• Evaporare. Structura și proprietățile corpurilor lichide le permit, în anumite condiții, să se transforme într-o stare fizică complet diferită. De exemplu, dacă vărsați din greșeală benzină în timp ce alimentați mașina, puteți observa rapid mirosul înțepător al acesteia. Cum se întâmplă asta? Particulele se deplasează prin lichid, ajungând în cele din urmă la suprafață. Mișcarea lor direcționată poate transporta aceste molecule dincolo de suprafață în spațiul de deasupra lichidului, dar gravitația le va trage înapoi. Pe de altă parte, dacă o particulă se mișcă foarte repede, ea poate fi separată de altele la o distanță considerabilă. Astfel, odată cu creșterea vitezei particulelor, care apare de obicei atunci când sunt încălzite, are loc procesul de evaporare, adică conversia lichidului în gaz.

Comportamentul corpurilor în diferite stări fizice

Structura gazelor, lichidelor și solidelor se datorează în principal faptului că toate aceste substanțe constau din atomi, molecule sau ioni, dar comportamentul acestor particule poate fi complet diferit. Particulele de gaz sunt distanțate aleatoriu unele de altele, moleculele lichide sunt aproape unele de altele, dar nu sunt la fel de rigid structurate ca într-un solid. Particulele de gaz vibrează și se mișcă la viteze mari. Atomii și moleculele unui lichid vibrează, se mișcă și alunecă unul pe lângă celălalt. Particulele unui corp solid pot, de asemenea, să vibreze, dar mișcarea ca atare nu este caracteristică acestora.

Caracteristicile structurii interne

Pentru a înțelege comportamentul materiei, trebuie mai întâi să studiați caracteristicile structurii sale interne. Care sunt diferențele interne dintre granit, ulei de maslineși heliu într-un balon? Un model simplu al structurii materiei va ajuta la răspunsul la această întrebare.

Un model este o versiune simplificată a unui obiect sau substanță reală. De exemplu, înainte de începerea construcției efective, arhitecții construiesc mai întâi un model al proiectului de construcție. Un astfel de model simplificat nu implică neapărat o descriere exactă, dar, în același timp, poate oferi o idee aproximativă despre cum va fi o anumită structură.

Modele simplificate

În știință, însă, modelele nu sunt întotdeauna corpuri fizice. Ultimul secol a cunoscut o creștere semnificativă a înțelegerii umane despre lumea fizică. Cu toate acestea, o mare parte din cunoștințele și experiența acumulate se bazează pe concepte extrem de complexe, cum ar fi formulele matematice, chimice și fizice.

Pentru a înțelege toate acestea, trebuie să fii destul de bine versat în aceste științe exacte și complexe. Oamenii de știință au dezvoltat modele simplificate pentru a vizualiza, explica și prezice fenomene fizice. Toate acestea simplifică foarte mult înțelegerea de ce unele corpuri au o formă și un volum constant la o anumită temperatură, în timp ce altele le pot schimba și așa mai departe.

Toată materia este formată din particule minuscule. Aceste particule sunt în continuă mișcare. Cantitatea de mișcare este legată de temperatură. Febră indică o creștere a vitezei de mișcare. Structura corpurilor gazoase, lichide și solide se distinge prin libertatea de mișcare a particulelor lor, precum și prin cât de puternic sunt atrase particulele unele de altele. Depinde fizic de asta condiție fizică. Vaporii de apă, apa lichidă și gheața au același lucru Proprietăți chimice, dar proprietățile lor fizice diferă semnificativ.

Lichidele obișnuite sunt izotrope; structural sunt corpuri amorfe. Pentru structura interna Lichidele se caracterizează printr-o ordine pe distanță scurtă în aranjarea moleculelor (aranjarea ordonată a particulelor din apropiere). Distanțele dintre molecule sunt mici, forțele de interacțiune sunt semnificative, ceea ce duce la 1 compresibilitate scăzută a lichidelor: o mică scădere a distanței dintre molecule determină apariția unor forțe mari de repulsie intermoleculare.

Ca și solidele, lichidele sunt ușor compresibile și au densitate mare; ca și gazele, ele iau forma vasului în care se află. Această natură a proprietăților lichidelor este asociată cu particularitățile mișcării termice a moleculelor lor. În gaze, moleculele se mișcă aleatoriu, în secțiuni mici ale traseului se mișcă progresiv și nu există o ordine în aranjarea particulelor. În corpurile cristaline, particulele vibrează în jurul anumitor poziții de echilibru - nodurile rețelei cristaline. Conform teoriei lui Ya. I. Frenkel, moleculele lichide, ca particulele unui corp solid, oscilează în jurul pozițiilor de echilibru, dar aceste poziții de echilibru nu sunt constante. După un anumit timp, numit „timpul de viață stabilit”, molecula sare într-o nouă poziție de echilibru la o distanță egală cu distanța medie dintre moleculele învecinate.

Să calculăm distanța medie dintre moleculele lichide. Vă puteți imagina mental întregul volum de lichid împărțit în mici cuburi identice cu o margine de 8. Să fie, în medie, o moleculă în fiecare cub. În acest caz, 5 poate fi considerată distanța medie dintre moleculele lichidului. Volumul lichidului este egal cu V = δ 3 N, unde N este numărul total de molecule lichide. Dacă n este concentrația de molecule (numărul de molecule în 1 m3), atunci N = nV. Din aceste ecuații obținem

Pentru ca o moleculă lichidă să sară dintr-o poziție de echilibru în alta, legăturile cu moleculele din jur trebuie rupte și trebuie formate legături cu noi vecini. Procesul de rupere a legăturilor necesită cheltuirea energiei E a (energie de activare), eliberată în timpul formării de noi legături. O astfel de tranziție a unei molecule de la o poziție de echilibru la alta este o tranziție printr-o barieră potențială de înălțime E a. Molecula primește energie pentru a depăși bariera potențială datorită energiei mișcării termice a moleculelor învecinate. Dependenţa timpului de relaxare de temperatura lichidului şi energia de activare este exprimată prin formula care urmează din distribuţia Boltzmann (vezi § 2.4).

Unde τ 0 este perioada medie de vibrație a moleculei în jurul poziției de echilibru.

Cunoscând mișcarea medie a unei molecule, egală cu distanța dintre molecule δ, și timpul mediu τ, putem determina viteza medie de mișcare a moleculelor într-un lichid:

Această viteză este mică în comparație cu viteza medie a moleculelor dintr-un gaz. De exemplu, pentru moleculele de apă este de 20 de ori mai mică decât pentru moleculele de abur la aceeași temperatură.

Tensiune de suprafata

La interfața dintre lichid și acesta abur saturat, două lichide nemiscibile, un lichid și un solid, forțe apar din cauza interacțiunilor intermoleculare diferite ale mediilor adiacente.

Fiecare moleculă situată în interiorul volumului lichid este înconjurată uniform de molecule învecinate și interacționează cu acestea, dar rezultanta acestor forțe este zero. Datorită eterogenității mediului, o moleculă situată lângă limita a două medii este supusă unei forțe care nu este compensată de alte molecule ale lichidului. Prin urmare, pentru a muta moleculele din stratul în vrac în stratul de suprafață, trebuie să se lucreze.

Tensiunea superficială (coeficientul de tensiune superficială) este determinată de raportul dintre munca depusă pentru crearea unei anumite suprafețe a unui lichid la o temperatură constantă și aria acestei suprafețe:

Condiția pentru echilibrul stabil al lichidelor este energia minimă a stratului de suprafață, prin urmare, în absența forțelor externe sau într-o stare de imponderabilitate, lichidul tinde să aibă o suprafață minimă pentru un volum dat și ia forma unui sferă.

Tensiunea superficială poate fi determinată nu numai energetic. Dorința stratului de suprafață de lichid de a se contracta înseamnă prezența unor forțe tangențiale în acest strat - forțe de tensiune superficială. Dacă selectați un anumit segment de lungime l pe suprafața lichidului (Fig. 7.8), atunci puteți reprezenta în mod convențional aceste forțe cu săgeți perpendiculare pe segment.

În primul rând, trebuie subliniat încă o dată că gazul, lichidul și solidul sunt stări agregate ale materiei și în acest sens nu există nicio diferență de netrecut între ele: orice substanță, în funcție de temperatură și presiune, poate fi în oricare dintre stările agregate. . Cu toate acestea, există diferențe semnificative între corpurile gazoase, lichide și solide. Deoarece solidele și lichidele au multe proprietăți comune, este logic să luăm în considerare aceste două stări de agregare împreună în cursul nostru.

Diferența semnificativă dintre un gaz, pe de o parte, și corpurile solide și lichide, pe de altă parte, este că un gaz ocupă întregul volum al vasului furnizat acestuia, în timp ce un lichid sau solid plasat într-un vas ocupă doar un anumit volum în el. Acest lucru se datorează diferenței de natură a mișcării termice în gaze și în corpurile solide și lichide.

Moleculele de gaz practic nu sunt conectate între ele prin forțe intermoleculare (vezi §35). În orice caz, energia cinetică medie a mișcării termice a moleculelor de gaz este mult mai mare decât energia potențială medie cauzată de forțele de coeziune dintre ele. Prin urmare, moleculele de gaz fac căi libere relativ mari, „împrăștiindu-se” unele de altele până la dimensiunea vasului permite și ocupând întregul său volum. În conformitate cu aceasta, difuzia în gaze are loc destul de repede.

În solide și lichide, forțele de coeziune dintre molecule (atomi, ioni) joacă deja un rol semnificativ, menținându-le la anumite distanțe unele de altele (vezi § 35, Fig. 67, a). În aceste corpuri, energia potențială medie datorată forțelor de aderență dintre molecule este mai mare decât media energie kinetică mișcarea termică a moleculelor Cu alte cuvinte, în medie, energia cinetică a moleculelor este insuficientă pentru a depăși forțele de atracție dintre ele.

Datorită „ambalării” dense a moleculelor într-un lichid, acestea nu mai fac curse libere, ci par să „împingă” în loc (oscilează în jurul unei anumite poziții de echilibru). Doar din când în când o moleculă, datorită unei combinații favorabile de ciocniri, se poate muta într-un loc nou la o distanță comparabilă cu dimensiunea moleculei în sine. În mod natural, difuzia în lichide are loc mult mai lent decât în ​​gaze.

Într-un corp solid, particulele (molecule, atomi, ioni) sunt aranjate într-o ordine strict definită geometric, formând o așa-numită rețea cristalină. Particulele efectuează mișcări oscilatorii în jurul pozițiilor lor de echilibru. Tranzițiile particulelor dintr-un loc în loc într-un solid sunt posibile, dar foarte rare. Prin urmare, deși difuzia există și în solide, ea decurge aici chiar mai lent decât în ​​lichide.

Esența fizică a diferenței dintre stările solide, lichide și gazoase ale materiei poate fi explicată și mai clar folosind curba potențială a interacțiunii moleculelor, pe care ne-am familiarizat deja în § 35 (vezi Fig. 67, b). Să reproducem această curbă cu câteva completări (Fig. 93).

Axa ordonatelor arată energia potențială a interacțiunii dintre molecule, iar axa absciselor arată distanța dintre molecule. Pentru comoditatea comparației, valorile energiei cinetice medii a mișcării termice a moleculelor vor fi reprezentate de la nivelul fundului B al puțului de potențial.

Dacă energia cinetică medie a mișcării termice a moleculelor este semnificativ mai mică decât adâncimea puțului de potențial, atunci moleculele suferă vibrații mici, rămânând în partea inferioară a puțului de potențial (sub nivel).Acest caz corespunde stării solide. a substanţei.

Dacă energia cinetică medie a mișcării termice a moleculelor este puțin mai mică decât adâncimea puțului de potențial, atunci moleculele suferă mișcări vibraționale semnificative, dar toate vor rămâne în puțul potențial. Acest caz corespunde stării lichide a substanței.

Dacă energia cinetică medie a mișcării termice a moleculelor este semnificativ mai mare decât adâncimea puțului potențial, atunci moleculele se vor ieși din ea și, după ce și-au pierdut interconexiunea, se vor mișca liber (efectuați curse libere). Acest caz corespunde stării gazoase a substanței.

Astfel, diferența semnificativă dintre un gaz, pe de o parte, și corpurile solide și lichide, pe de altă parte, se datorează faptului că pentru moleculele de gaz valoarea energiei cinetice medii a mișcării termice este mai mare decât adâncimea puțului de potențial, iar pentru moleculele de corpuri solide și lichide este mai mică decât adâncimea puțului de potențial.

Datorită faptului că moleculele unui solid sunt conectate între ele mai strâns decât moleculele unui lichid, un solid, spre deosebire de lichid, se caracterizează prin constanța nu numai a volumului, ci și a formei. Să luăm în considerare mai detaliat problema structurii cristaline a unui solid.

Caracteristică semn extern Cristalul este forma sa corectă din punct de vedere geometric (Fig. 94). Deci, de exemplu, un cristal de sare de masă are forma unui cub (a), un cristal de gheață are forma unei prisme hexagonale, un cristal de diamant are forma unui octaedru (octaedru, c) etc. Pentru fiecare substanță cristalină, unghiul dintre suprafețele (fețele) care o delimitează este strict

o anumită valoare (pentru sare de masă - 90°, pentru gheață - 120° etc.). Cristalele se sparg ușor de-a lungul anumitor planuri numite planuri de clivaj. Aceasta produce cristale de dimensiuni mai mici, dar de aceeași formă. Astfel, atunci când un cristal de sare de masă este zdrobit, se formează cuburi mici și paralelipipede dreptunghiulare.

Faptele remarcate la un moment dat au condus la ideea că corpul cristalin este construit din celule elementare (cuburi, sau prisme hexagonale, sau octaedre etc., strâns legate între ele. Și asta înseamnă că în corpul cristalin există particule ( molecule sau atomi sau ioni) sunt aranjați într-o ordine strict simetrică unul față de celălalt, formând o rețea spațială sau cristalină; locațiile particulelor sunt numite noduri de rețea.

Această ipoteză a fost exprimată în 1848 de cristalograful francez Bravais.

Un exemplu de cea mai simplă rețea spațială este rețeaua cristalină a sării de masă (Fig. 95, a). Celula sa unitară cu marginea a (evidențiată în figură cu linii aldine) este formată din ioni de sodiu pozitivi și ioni negativi clorul situat în vârful cubului.

Formele rețelelor spațiale pot fi variate, dar nu oricare: este necesar ca celulele elementare care alcătuiesc rețeaua să fie strâns adiacente între ele, fără goluri, ceea ce corespunde energiei potențiale minime a rețelei. În modul cerut, este posibil, de exemplu, să se așeze celule cubice și celule sub formă de prisme hexagonale (Fig. 95, b și c), dar este imposibil să se așeze celule sub formă de prisme pentaedrice (Fig. 95, d).

În 1890, E. S. Fedorov a calculat teoretic toate formele posibile de rețele cristaline, ale căror celule permit o împachetare strânsă și a stabilit că doar 230 pot exista în natură. tipuri variate rețele cristaline care formează 32 de clase de simetrie. Studiile asupra cristalelor folosind raze X efectuate în secolul actual (vezi § 125) au confirmat că cristalele constau din particule dispuse simetric (atomi, sau molecule sau ioni) care formează o rețea cristalină. Mai mult, analiza de difracție cu raze X cantitate mare Doar 230 de tipuri diferite de rețele cristaline au fost descoperite în cristale naturale și artificiale - conformare deplină cu calculele teoretice ale lui E. S. Fedorov.

Simetria aranjamentului particulelor în rețeaua cristalină se datorează faptului că în acest caz forțele de interacțiune (atracție și repulsie) dintre particule sunt echilibrate (vezi § 35). În acest caz, energia potențială a particulelor este minimă.

Distanțele dintre particule dintr-un cristal sunt mici - de ordinul dimensiunii particulelor în sine. Distanța dintre molecule dintr-un lichid este de aceeași ordine, deoarece, după cum se știe, atunci când un cristal se topește, nu există o creștere semnificativă a volumului său.

O caracteristică remarcabilă a cristalului este anizotropia; în direcții diferite cristalul are diferit proprietăți fizice. De exemplu, toate cristalele, fără excepție, sunt caracterizate prin anizotropie de rezistență; Marea majoritate a cristalelor sunt anizotrope în ceea ce privește conductivitatea termică, conductibilitatea electrică, refracția etc. Anizotropia cristalelor se explică în principal prin faptul că în rețeaua spațială numărul de particule pe segment de aceeași lungime, dar diferit în direcția spirelor. a fi diferit, așa cum se arată în fig. 96 (sunt 8 particule pe o secțiune orizontală a rețelei, 6 particule pe o secțiune înclinată, 3 particule pe o altă secțiune înclinată). Este clar că diferența de densitate a particulelor rețelei cristaline în direcții diferite ar trebui să conducă la diferențe în multe alte proprietăți în aceste direcții ale cristalului.

Starea cristalină este foarte comună în natură: majoritatea solidelor (minerale, metale, fibre vegetale, substanțe proteice, funingine, cauciuc etc.) sunt cristale. Cu toate acestea, nu toate aceste corpuri au aceleași proprietăți cristaline clar exprimate discutate mai devreme. În acest sens, corpurile sunt împărțite în două grupe: monocristale și policristale. Un monocristal este un corp în care toate particulele se încadrează într-o rețea spațială comună. Un singur cristal este anizotrop. Cristale simple

este majoritatea mineralelor. Un policristal este un corp format din multe cristale mici situate aleatoriu unul față de celălalt. Prin urmare, policristalele sunt izotrope, adică au aceleași proprietăți fizice în toate direcțiile. Metalele sunt exemple de policristale. Totuși, un metal poate fi obținut și sub forma unui singur cristal dacă topitura este răcită lent, introducând mai întâi în ea un cristal din acest metal (așa-numita sămânță). Un singur cristal de metal va crește în jurul acestui embrion.

În funcție de particulele din care este formată rețeaua cristalină, există patru grupuri principale de rețele: ionice, atomice, moleculare și metalice.

Rețeaua ionică este formată din ioni încărcați opus, menținuți în locurile rețelei de forțe electrice. Marea majoritate a cristalelor au o rețea ionică.

Rețeaua atomică este formată din atomi neutri ținuți la locurile rețelei prin legături chimice (de valență): atomii învecinați împart electroni externi (de valență). De exemplu, grafitul are o rețea atomică.

Rețeaua moleculară este formată din molecule polare (dipol) (vezi § 81), care sunt de asemenea ținute la nodurile rețelei de forțe electrice. Cu toate acestea, pentru moleculele polare efectul acestor forțe este mai slab decât pentru ioni. Prin urmare, substanțele cu o rețea moleculară sunt deformate relativ ușor. Majoritatea au o rețea cristalină moleculară compusi organici(celuloză, cauciuc, parafină etc.).

Rețeaua metalică este formată din ioni metalici pozitivi înconjurați de electroni liberi. Acești electroni leagă ionii rețelei metalice. Această zăbrele este caracteristică metalelor.

Fizica modernă consideră corpurile cristaline ca fiind corpuri solide. Lichidele, așa cum sa menționat deja, sunt caracterizate printr-un aranjament aleatoriu de particule, prin urmare lichidele sunt izotrope. Unele lichide pot fi suprarăcite fără a deveni solide (cristaline). Cu toate acestea, vâscozitatea unor astfel de lichide este atât de enormă încât ele își pierd practic din fluiditate, păstrându-și forma, precum solidele. Astfel de corpuri sunt numite amorfe. Astfel, fizica modernă consideră corpurile amorfe ca fiind lichide suprarăcite cu vâscozitate enormă. Corpurile amorfe includ, de exemplu, var, sticlă, rășină-colofoniu, etc. Este clar că corpurile amorfe sunt izotrope. Trebuie totuși avut în vedere faptul că corpurile amorfe se pot transforma, pe o perioadă lungă de timp, într-o stare cristalină. În sticlă, de exemplu, cristalele apar în timp: începe să devină tulbure și să se transforme într-un corp policristalin.

ÎN În ultima vremeÎn tehnologie, substanțe organice amorfe, dintre care molecule individuale

Datorită legăturilor chimice (de valență), acestea se conectează între ele (polimerizează) în lanțuri lungi, constând în unele cazuri din multe mii de molecule individuale. Astfel de substanțe se numesc polimeri.Reprezentanții tipici ai polimerilor sunt materialele plastice. O proprietate foarte valoroasă a polimerilor este elasticitatea și rezistența lor ridicată. Unii polimeri, de exemplu, pot rezista la o întindere elastică de 2-5 ori lungimea lor inițială. Aceste proprietăți ale polimerului se explică prin faptul că lanțurile moleculare lungi, atunci când sunt deformate, se pot ondula în bile dense sau, dimpotrivă, se pot întinde în linii drepte. În prezent, polimerii cu o mare varietate de proprietăți predeterminate sunt creați din compuși organici naturali și artificiali.

Caracteristicile structurii moleculare a lichidelor

Lichidele ocupă o poziție intermediară în proprietăți și structură între gaze și solide. substanțe cristaline. Prin urmare, are proprietăți atât gazoase, cât și solide. În teoria cinetică moleculară, diferite stări de agregare ale unei substanțe sunt asociate cu diferite grade de ordine moleculară. Pentru solide, așa-numitele comanda pe termen lungîn aranjarea particulelor, adică aranjarea lor ordonată, repetându-se pe distanțe mari. În lichide există un așa-numit ordine de închidereîn aranjarea particulelor, adică aranjarea lor ordonată, care se repetă pe distanțe, este comparabilă cu cele interatomice. La temperaturi apropiate de temperatura de cristalizare, structura lichidului este apropiată de un solid. La temperaturi ridicate apropiate de punctul de fierbere, structura lichidului corespunde stării gazoase - aproape toate moleculele participă la mișcarea termică haotică.

Lichidele, ca și solidele, au un anumit volum, iar ca și gazele, ele iau forma recipientului în care se află. Moleculele de gaz practic nu sunt conectate între ele prin forțe de interacțiune intermoleculară și în în acest caz, energia medie a mișcării termice a moleculelor de gaz este mult mai mare decât energia potențială medie cauzată de forțele de atracție dintre ele, astfel încât moleculele de gaz zboară separat laturi diferite iar gazul ocupă volumul furnizat acestuia. În solide și lichide, forțele de atracție dintre molecule sunt deja semnificative și țin moleculele la o anumită distanță unele de altele. În acest caz, energia medie a mișcării termice a moleculelor este mai mică decât energia potențială medie din cauza forțelor interacțiunii intermoleculare și nu este suficientă depășirea forțelor de atracție dintre molecule, prin urmare solidele și lichidele au un anumit volum.

Presiunea în lichide crește foarte brusc odată cu creșterea temperaturii și scăderea volumului. Expansiunea volumetrică a lichidelor este mult mai mică decât cea a vaporilor și gazelor, deoarece forțele care leagă moleculele din lichid sunt mai semnificative; aceeași observație este valabilă pentru dilatarea termică.

Capacitatea termică a lichidelor crește de obicei odată cu temperatura (deși doar ușor). Raportul Ср/СV este practic egal cu unitatea.

Teoria lichidelor nu a fost încă pe deplin dezvoltată. Dezvoltarea unui număr de probleme în studiul proprietăților complexe ale lichidelor aparține lui Ya.I. Frenkel (1894–1952). El a explicat mișcarea termică într-un lichid prin faptul că fiecare moleculă oscilează un timp în jurul unei anumite poziții de echilibru, după care se deplasează brusc într-o nouă poziție, separată de cea inițială la o distanță de ordinul interatomiei. Astfel, moleculele lichidului se mișcă destul de lent pe întreaga masă a lichidului. Pe măsură ce temperatura lichidului crește, frecvența mișcării vibraționale crește brusc, iar mobilitatea moleculelor crește.

Pe baza modelului Frenkel, este posibil să explic câteva trăsături distinctive proprietățile lichidului. Astfel, lichidele, chiar și în apropierea temperaturii critice, au mult mai mari viscozitate decât gazele, iar vâscozitatea scade odată cu creșterea temperaturii (și nu crește, ca și în cazul gazelor). Acest lucru se explică prin natura diferită a procesului de transfer de impuls: este transmis de molecule care fac un salt de la o stare de echilibru la alta, iar aceste salturi devin semnificativ mai frecvente odată cu creșterea temperaturii. Difuziaîn lichide apare numai din cauza salturilor moleculare și are loc mult mai lent decât în ​​gaze. Conductivitate termică lichidele este cauzată de schimbul de energie cinetică între particulele care oscilează în jurul pozițiilor lor de echilibru cu amplitudini diferite; salturile bruște de molecule nu joacă un rol vizibil. Mecanismul conductivității termice este similar cu mecanismul său în gaze. Trăsătură caracteristică lichid este capacitatea sa de a avea suprafata libera(nu este limitat de pereți solidi).

Au fost propuse mai multe teorii pentru structura moleculară a lichidelor.

1. Model zona.ÎN acest momentÎn timp, lichidul poate fi considerat ca fiind format din regiuni în care moleculele sunt aranjate în ordinea corectă, formând un fel de microcristal (zonă). Aceste zone par a fi separate de o substanță în stare gazoasă. În timp, aceste zone se formează în alte locuri etc.

2. Teoria structurii cvasicristaline. Să considerăm un cristal situat la temperatura zero absolută (vezi Fig. 9.9.)

Să selectăm o direcție arbitrară în ea și să construim un grafic al probabilității P de a găsi o moleculă de gaz la o anumită distanță de o altă moleculă plasată la originea coordonatelor (Fig. 9.9. A), în timp ce moleculele sunt situate la nodurile rețelei cristaline. Cu mai mult temperatura ridicata(Fig.9.9, b) moleculele oscilează în jurul unor poziții fixe de echilibru, în apropierea cărora conduc cel mai timp. Periodicitatea strictă de repetare a maximelor de probabilitate într-un cristal ideal se extinde în mod arbitrar departe de particula selectată; Prin urmare, se obișnuiește să se spună că există „ordine pe distanță lungă” într-un solid.

În cazul lichidului (Fig.9.9, V) în apropierea fiecărei molecule vecinii săi sunt aranjați mai mult sau mai puțin regulat, dar la distanță această ordine este încălcată (ordinea pe rază scurtă). În grafic, distanțele sunt măsurate în fracțiuni din raza moleculei (r/r 0).