Ordinea moleculelor dintr-un solid. Mișcarea moleculelor în solide

Moleculele și atomii unui solid sunt aranjați într-o anumită ordine și formă rețea cristalină. Astfel de solide se numesc cristaline. Atomii efectuează mișcări vibraționale în jurul poziției de echilibru, iar atracția dintre ei este foarte puternică. Prin urmare, solidele în condiții normale își păstrează volumul și au propria lor formă.

Echilibrul termic este starea unui sistem termodinamic în care trece spontan după o perioadă de timp suficient de lungă în condiții de izolare de mediu.

Temperatura este o mărime fizică care caracterizează energia cinetică medie a particulelor unui sistem macroscopic într-o stare de echilibru termodinamic. Într-o stare de echilibru, temperatura are aceeași valoare pentru toate părțile macroscopice ale sistemului.

Grad Celsius(desemnare: °C) este o unitate de măsură a temperaturii utilizată pe scară largă, utilizată în Sistemul Internațional de Unități (SI) împreună cu kelvinul.

Termometru medical cu mercur

Termometru mecanic

Gradul Celsius este numit după omul de știință suedez Anders Celsius, care a propus o nouă scară pentru măsurarea temperaturii în 1742. Punctul de topire al gheții a fost considerat zero pe scara Celsius, iar punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică standard ca 100°. (Inițial, Celsius a considerat temperatura de topire a gheții ca 100°, iar temperatura de fierbere a apei ca 0°. Și abia mai târziu, contemporanul său Carl Linnaeus a „întors” această scară). Această scară este liniară în intervalul 0-100° și, de asemenea, continuă liniar în regiunea sub 0° și peste 100°. Liniaritatea este o problemă majoră în măsurătorile precise de temperatură. Este suficient de menționat că un termometru clasic umplut cu apă nu poate fi marcat pentru temperaturi sub 4 grade Celsius, deoarece în acest interval apa începe din nou să se extindă.

Definiția originală a grade Celsius depindea de definiția presiunii atmosferice standard, deoarece atât punctul de fierbere al apei, cât și punctul de topire al gheții depind de presiune. Acest lucru nu este foarte convenabil pentru standardizarea unității de măsură. Prin urmare, după adoptarea Kelvin K ca unitate de bază a temperaturii, definiția gradului Celsius a fost revizuită.

Conform definiției moderne, un grad Celsius este egal cu un kelvin K, iar zeroul scalei Celsius este setat astfel încât temperatura punctului triplu al apei să fie de 0,01 °C. Ca rezultat, scările Celsius și Kelvin sunt deplasate cu 273,15:

26)Gaz ideal- un model matematic al unui gaz, în care se presupune că energia potențială de interacțiune a moleculelor poate fi neglijată în comparație cu energia lor cinetică. Nu există forțe de atracție sau de repulsie între molecule, ciocnirile particulelor între ele și cu pereții vasului sunt absolut elastice, iar timpul de interacțiune dintre molecule este neglijabil în comparație cu timpul mediu dintre ciocniri.

, Unde k este constanta Boltzmann (raportul constantei universale de gaz R la numărul lui Avogadro N / A), i- numărul de grade de libertate ale moleculelor (în majoritatea problemelor legate de gazele ideale, unde moleculele sunt presupuse a fi sfere de rază mică, al căror analog fizic poate fi gaz inerte) și T- temperatura absolută.

Ecuația de bază MKT conectează parametrii macroscopici (presiune, volum, temperatură) ai unui sistem de gaz cu cei microscopici (masa moleculelor, viteza medie a mișcării lor).

Fizică. Molecule. Dispunerea moleculelor pe distanțe gazoase, lichide și solide.

În stare gazoasă, moleculele nu sunt legate între ele și sunt situate la mare distanță unele de altele. Mișcarea browniană. Gazul poate fi comprimat relativ ușor.
Într-un lichid, moleculele sunt aproape una de alta și vibrează împreună. Aproape imposibil de comprimat.
Într-un solid, moleculele sunt aranjate într-o ordine strictă (în rețele cristaline) și nu există mișcare moleculară. Nu poate fi comprimat.
Structura materiei și începuturile chimiei:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(fără înregistrare și mesaje SMS, într-un format text convenabil: puteți folosi Ctrl+C)
Este imposibil să fim de acord că în stare solidă moleculele nu se mișcă.
Mișcarea moleculelor în gaze

În gaze, distanța dintre molecule și atomi este de obicei mult mai mare decât dimensiunea moleculelor, iar forțele de atracție sunt foarte mici. Prin urmare, gazele nu au propria lor formă și volum constant. Gazele sunt ușor comprimate deoarece forțele de respingere pe distanțe mari sunt, de asemenea, mici. Gazele au proprietatea de a se extinde la nesfârșit, umplând întregul volum care le este furnizat. Moleculele de gaz se mișcă cu viteze foarte mari, se ciocnesc între ele și se aruncă în direcții diferite. Numeroase impacturi ale moleculelor pe pereții vasului creează presiunea gazului.

Mișcarea moleculelor în lichide

În lichide, moleculele nu numai că oscilează în jurul poziției de echilibru, dar fac și salturi de la o poziție de echilibru la alta. Aceste salturi apar periodic. Perioada de timp dintre astfel de salturi se numește timpul mediu al vieții sedentare (sau timpul mediu de relaxare) și este notat cu litera ?. Cu alte cuvinte, timpul de relaxare este timpul oscilațiilor în jurul unei poziții specifice de echilibru. La temperatura camerei, acest timp este în medie de 10-11 s. Timpul unei oscilații este de 10-1210-13 s.

Timpul vieții sedentare scade odată cu creșterea temperaturii. Distanța dintre moleculele unui lichid este mai mică decât dimensiunea moleculelor, particulele sunt situate aproape unele de altele, iar atracția intermoleculară este puternică. Cu toate acestea, aranjarea moleculelor lichide nu este strict ordonată pe tot volumul.

Lichidele, ca și solidele, își păstrează volumul, dar nu au propria lor formă. Prin urmare, ele iau forma vasului în care se află. Lichidul are proprietatea fluidității. Datorită acestei proprietăți, lichidul nu rezistă la schimbarea formei, este ușor comprimat, iar proprietățile sale fizice sunt aceleași în toate direcțiile din interiorul lichidului (izotropia lichidelor). Natura mișcării moleculare în lichide a fost stabilită pentru prima dată de fizicianul sovietic Yakov Ilici Frenkel (1894-1952).

Mișcarea moleculelor în solide

Moleculele și atomii unui solid sunt aranjați într-o anumită ordine și formează o rețea cristalină. Astfel de solide se numesc cristaline. Atomii efectuează mișcări vibraționale în jurul poziției de echilibru, iar atracția dintre ei este foarte puternică. Prin urmare, solidele în condiții normale își păstrează volumul și au propria lor formă.
În gaz - se mișcă la întâmplare, se aprind
În lichid - deplasați-vă unul în conformitate cu celălalt
În solide nu se mișcă.

În gaze, distanța dintre molecule și atomi este de obicei mult mai mare decât dimensiunea moleculelor, dar foarte mică. Prin urmare, gazele nu au propria lor formă și volum constant. Gazele sunt ușor comprimate deoarece forțele de respingere pe distanțe mari sunt, de asemenea, mici. Gazele au proprietatea de a se extinde la nesfârșit, umplând întregul volum care le este furnizat. Moleculele de gaz se mișcă cu viteze foarte mari, se ciocnesc între ele și se aruncă în direcții diferite. Se creează numeroase impacturi ale moleculelor asupra pereților vasului presiunea gazului.

Mișcarea moleculelor în lichide

În lichide, moleculele nu numai că oscilează în jurul poziției de echilibru, dar fac și salturi de la o poziție de echilibru la alta. Aceste salturi apar periodic. Se numește intervalul de timp dintre astfel de sărituri timpul mediu al vieții stabilite(sau timp mediu de relaxare) și se notează cu litera τ. Cu alte cuvinte, timpul de relaxare este timpul oscilațiilor în jurul unei poziții specifice de echilibru. La temperatura camerei, acest timp este în medie de 10 -11 s. Timpul unei oscilații este de 10 -12 ... 10 -13 s.

Timpul vieții sedentare scade odată cu creșterea temperaturii. Distanța dintre moleculele unui lichid este mai mică decât dimensiunea moleculelor, particulele sunt situate aproape una de cealaltă și este mare. Cu toate acestea, aranjarea moleculelor lichide nu este strict ordonată pe tot volumul.

Lichidele, ca și solidele, își păstrează volumul, dar nu au propria lor formă. Prin urmare, ele iau forma vasului în care se află. Lichidul are următoarele proprietăți: fluiditate. Datorită acestei proprietăți, lichidul nu rezistă la schimbarea formei, este ușor comprimat, iar proprietățile sale fizice sunt aceleași în toate direcțiile din interiorul lichidului (izotropia lichidelor). Natura mișcării moleculare în lichide a fost stabilită pentru prima dată de fizicianul sovietic Iakov Ilici Frenkel (1894 - 1952).

Mișcarea moleculelor în solide

Structura gazelor, lichidelor și solidelor.

Principii de bază ale teoriei cinetice moleculare:

Toate substanțele sunt formate din molecule, iar moleculele sunt formate din atomi,

atomii și moleculele sunt în mișcare continuă,

Există forțe de atracție și repulsie între molecule.

ÎN gazele moleculele se mișcă haotic, distanțele dintre molecule sunt mari, forțele moleculare sunt mici, gazul ocupă întregul volum care îi este furnizat.

ÎN lichide moleculele sunt aranjate ordonat doar la distanțe scurte, iar la distanțe mari este încălcată ordinea (simetria) aranjamentului - „ordine pe distanță scurtă”. Forțele de atracție moleculară mențin moleculele apropiate. Mișcarea moleculelor „sare” dintr-o poziție stabilă în alta (de obicei într-un singur strat. Această mișcare explică fluiditatea unui lichid. Un lichid nu are formă, dar are volum.

Solidele sunt substanțe care își păstrează forma, împărțite în cristaline și amorfe. Solide cristaline corpurile au o rețea cristalină, în nodurile căreia pot fi ioni, molecule sau atomi. Ele oscilează în raport cu pozițiile stabile de echilibru. Rețelele cristaline au o structură regulată pe întregul volum - „ordine pe distanță lungă”.

Corpuri amorfeîși păstrează forma, dar nu au o rețea cristalină și, ca urmare, nu au un punct de topire pronunțat. Ele sunt numite lichide înghețate, deoarece ele, ca și lichidele, au o ordine de aranjare moleculară „pe distanță scurtă”.

Forțele de interacțiune moleculară

Toate moleculele unei substanțe interacționează între ele prin forțe de atracție și repulsie. Dovezi ale interacțiunii moleculelor: fenomenul de umectare, rezistența la compresiune și tensiune, compresibilitatea scăzută a solidelor și gazelor etc. Motivul interacțiunii moleculelor este interacțiunile electromagnetice ale particulelor încărcate dintr-o substanță. Cum să explic asta? Un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și un înveliș de electroni încărcat negativ. Sarcina nucleului este egală cu sarcina totală a tuturor electronilor, astfel încât atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. O moleculă constând din unul sau mai mulți atomi este, de asemenea, neutră din punct de vedere electric. Să luăm în considerare interacțiunea dintre molecule folosind exemplul a două molecule staționare. Între corpuri din natură pot exista forțe gravitaționale și electromagnetice. Deoarece masele moleculelor sunt extrem de mici, forțele neglijabile ale interacțiunii gravitaționale dintre molecule pot fi ignorate. La distanțe foarte mari nu există nicio interacțiune electromagnetică între molecule. Dar, pe măsură ce distanța dintre molecule scade, moleculele încep să se orienteze astfel încât părțile lor față în față vor avea sarcini de semne diferite (în general, moleculele rămân neutre), iar între molecule apar forțe atractive. Cu o scădere și mai mare a distanței dintre molecule, forțele de respingere apar ca urmare a interacțiunii învelișurilor de electroni încărcate negativ ale atomilor moleculelor. Ca urmare, molecula este acționată de suma forțelor de atracție și repulsie. La distante mari predomina forta de atractie (la distanta de 2-3 diametre ale moleculei atractia este maxima), la distante scurte predomina forta de repulsie. Există o distanță între molecule la care forțele de atracție devin egale cu forțele de respingere. Această poziție a moleculelor se numește poziția de echilibru stabil. Moleculele situate la distanță unele de altele și conectate prin forțe electromagnetice au energie potențială. Într-o poziție stabilă de echilibru, energia potențială a moleculelor este minimă. Într-o substanță, fiecare moleculă interacționează simultan cu multe molecule învecinate, ceea ce afectează și valoarea energiei potențiale minime a moleculelor. În plus, toate moleculele unei substanțe sunt în mișcare continuă, adică. au energie cinetică. Astfel, structura unei substanțe și proprietățile ei (corpuri solide, lichide și gazoase) sunt determinate de relația dintre energia potențială minimă de interacțiune a moleculelor și rezerva de energie cinetică a mișcării termice a moleculelor.

Structura și proprietățile corpurilor solide, lichide și gazoase

Structura corpurilor se explică prin interacțiunea particulelor corpului și prin natura mișcării lor termice.

Solid

Solidele au o formă și un volum constant și sunt practic incompresibile. Energia potențială minimă de interacțiune a moleculelor este mai mare decât energia cinetică a moleculelor. Interacțiune puternică cu particule. Mișcarea termică a moleculelor dintr-un solid este exprimată numai prin vibrațiile particulelor (atomi, molecule) în jurul unei poziții stabile de echilibru.

Datorită forțelor mari de atracție, moleculele practic nu își pot schimba poziția în materie, ceea ce explică invariabilitatea volumului și formei solidelor. Cele mai multe solide au un aranjament ordonat spațial de particule care formează o rețea cristalină obișnuită. Particulele de materie (atomi, molecule, ioni) sunt situate la vârfuri - nodurile rețelei cristaline. Nodurile rețelei cristaline coincid cu poziția de echilibru stabil al particulelor. Astfel de solide se numesc cristaline.

Lichid

Lichidele au un anumit volum, dar nu au o formă proprie ele iau forma vasului în care se află. Energia potențială minimă de interacțiune între molecule este comparabilă cu energia cinetică a moleculelor. Interacțiune slabă cu particule. Mișcarea termică a moleculelor dintr-un lichid este exprimată prin vibrații în jurul unei poziții stabile de echilibru în volumul furnizat moleculei de vecinii săi. Moleculele nu se pot mișca liber pe întregul volum al unei substanțe, dar sunt posibile tranzițiile moleculelor către locurile învecinate. Aceasta explică fluiditatea lichidului și capacitatea de a-și schimba forma.

În lichide, moleculele sunt destul de ferm legate între ele prin forțe de atracție, ceea ce explică invarianța volumului lichidului. Într-un lichid, distanța dintre molecule este aproximativ egală cu diametrul moleculei. Când distanța dintre molecule scade (comprimarea lichidului), forțele de respingere cresc brusc, astfel încât lichidele sunt incompresibile. În ceea ce privește structura lor și natura mișcării termice, lichidele ocupă o poziție intermediară între solide și gaze. Deși diferența dintre un lichid și un gaz este mult mai mare decât între un lichid și un solid. De exemplu, în timpul topirii sau cristalizării, volumul unui corp se modifică de multe ori mai puțin decât în timpul evaporării sau condensării.

Gazele nu au un volum constant și ocupă întregul volum al vasului în care se află. Energia potențială minimă de interacțiune între molecule este mai mică decât energia cinetică a moleculelor. Particulele de materie practic nu interacționează. Gazele se caracterizează prin dezordine completă în aranjarea și mișcarea moleculelor.

Distanța dintre moleculele de gaz este de multe ori mai mare decât dimensiunea moleculelor. Forțele de atractivitate mici nu pot menține moleculele aproape unele de altele, astfel încât gazele se pot extinde fără limită. Gazele sunt ușor comprimate sub influența presiunii externe, deoarece distanțele dintre molecule sunt mari, iar forțele de interacțiune sunt neglijabile. Presiunea gazului pe pereții vasului este creată de impactul moleculelor de gaz în mișcare.

În gaze, distanța dintre molecule și atomi este de obicei mult mai mare decât dimensiunea moleculelor, iar forțele de atracție sunt foarte mici. Prin urmare, gazele nu au propria lor formă și volum constant. Gazele sunt ușor comprimate deoarece forțele de respingere pe distanțe mari sunt, de asemenea, mici. Gazele au proprietatea de a se extinde la nesfârșit, umplând întregul volum care le este furnizat. Moleculele de gaz se mișcă cu viteze foarte mari, se ciocnesc între ele și se aruncă în direcții diferite. Se creează numeroase impacturi ale moleculelor asupra pereților vasului presiunea gazului.

Mișcarea moleculelor în lichide

În lichide, moleculele nu numai că oscilează în jurul poziției de echilibru, dar fac și salturi de la o poziție de echilibru la alta. Aceste salturi apar periodic. Se numește intervalul de timp dintre astfel de sărituri timpul mediu al vieții stabilite(sau timp mediu de relaxare) și este desemnată prin litera ?. Cu alte cuvinte, timpul de relaxare este timpul oscilațiilor în jurul unei poziții specifice de echilibru. La temperatura camerei, acest timp este în medie de 10 -11 s. Timpul unei oscilații este de 10 -12 ... 10 -13 s.

Timpul vieții sedentare scade odată cu creșterea temperaturii. Distanța dintre moleculele unui lichid este mai mică decât dimensiunea moleculelor, particulele sunt situate aproape unele de altele, iar atracția intermoleculară este puternică. Cu toate acestea, aranjarea moleculelor lichide nu este strict ordonată pe tot volumul.