Молекулите и атомите на твърдо вещество са подредени в определен ред и форма кристална решетка. Такива твърди вещества се наричат кристални. Атомите извършват вибрационни движения около равновесното положение и привличането между тях е много силно. Следователно твърдите тела при нормални условия запазват обема си и имат собствена форма.

Топлинното равновесие е състояние на термодинамична система, в което тя преминава спонтанно след достатъчно дълъг период от време при условия на изолация от околната среда.

Температурата е физична величина, която характеризира средната кинетична енергия на частиците на макроскопична система в състояние на термодинамично равновесие. В равновесно състояние температурата има еднаква стойност за всички макроскопични части на системата.

Градус по Целзии(обозначаване: °C) е широко използвана единица за температура, използвана в Международната система от единици (SI) заедно с келвин.

Живачен медицински термометър

Механичен термометър

Градусът по Целзий е кръстен на шведския учен Андерс Целзий, който през 1742 г. предлага нова скала за измерване на температурата. Точката на топене на леда се приема за нула по скалата на Целзий, а точката на кипене на водата при стандартно атмосферно налягане е 100°. (Първоначално Целзий приема температурата на топене на леда като 100°, а температурата на кипене на водата като 0°. И едва по-късно неговият съвременник Карл Линей „обръща“ тази скала). Тази скала е линейна в диапазона 0-100° и също продължава линейно в областта под 0° и над 100°. Линейността е основен проблем при точните температурни измервания. Достатъчно е да споменем, че класическият термометър, напълнен с вода, не може да бъде маркиран за температури под 4 градуса по Целзий, тъй като в този диапазон водата започва да се разширява отново.

Първоначалното определение за градуси по Целзий зависеше от определението за стандартно атмосферно налягане, тъй като както точката на кипене на водата, така и точката на топене на леда зависят от налягането. Това не е много удобно за стандартизиране на мерната единица. Следователно, след приемането на Келвин K като основна единица за температура, дефиницията на градуса по Целзий беше преразгледана.

Според съвременната дефиниция градус по Целзий е равен на един келвин К, а нулата на скалата по Целзий е настроена така, че температурата на тройната точка на водата да е 0,01 °C. В резултат на това скалите на Целзий и Келвин се изместват с 273,15:

26)Идеален газ- математически модел на газ, в който се приема, че потенциалната енергия на взаимодействие на молекулите може да бъде пренебрегната в сравнение с тяхната кинетична енергия. Между молекулите няма сили на привличане или отблъскване, сблъсъците на частиците една с друга и със стените на съда са абсолютно еластични, а времето за взаимодействие между молекулите е незначително в сравнение със средното време между сблъсъци.

, Където ке константата на Болцман (отношението на универсалната газова константа Рдо номера на Авогадро N A), аз- броя на степените на свобода на молекулите (в повечето задачи за идеални газове, където се приема, че молекулите са сфери с малък радиус, чийто физически аналог могат да бъдат инертни газове), и T- абсолютна температура.

Основното уравнение MKT свързва макроскопичните параметри (налягане, обем, температура) на газовата система с микроскопичните (маса на молекулите, средна скорост на тяхното движение).

Този материал не само говори за това как са подредени частиците в твърди тела, но и как се движат в газове или течности. Ще бъдат описани и видовете кристални решетки в различни вещества.

Агрегатно състояние

Има определени стандарти, показващи наличието на три типични агрегатни състояния, а именно: течност и газ.

Нека дефинираме компонентите за всяко състояние на агрегиране.

Твърдите вещества са практически стабилни по обем и форма. Промяната на последното е изключително проблематична без допълнителни разходи за енергия.
Течността лесно променя формата си, но в същото време запазва обема си.
Газообразните вещества не запазват нито форма, нито обем.

Основният критерий, по който се определя състоянието на агрегация, е подреждането на молекулите и методите на тяхното движение. В газообразно вещество минималното разстояние между отделните молекули е много по-голямо от самите тях. От своя страна, молекулите не се разпръскват на големи разстояния при нормални условия и запазват обема си. Активните частици в твърдите тела са подредени в строго определен ред, всяка от тях, като махало на часовник, се движи около определена точка на кристалната решетка. Това придава на твърдите части особена здравина и твърдост.

Следователно в този случай най-належащият въпрос е как активните частици са разположени в твърди вещества. Във всички останали случаи атомите (молекулите) нямат такава подредена структура.

Характеристики на течността

Необходимо е да се обърне специално внимание на факта, че течностите са вид междинна връзка между твърдото състояние на тялото и неговата газообразна фаза. Така при понижаване на температурата течността се втвърдява, а при повишаване над точката на кипене на веществото преминава в газообразно състояние. Течността обаче има общи характеристики както с твърди, така и с газообразни вещества. Така през 1860 г. изключителният руски учен Д. И. Менделеев установява съществуването на така наречената критична температура - абсолютното кипене. Това е стойността, при която тънката граница между газ и вещество в твърдо състояние изчезва.

Следващият критерий, съчетаващ две съседни агрегатни състояния, е изотропията. В този случай техните свойства са еднакви във всички посоки. Кристалите от своя страна са анизотропни. Подобно на газовете, течностите нямат фиксирана форма и заемат целия обем на съда, в който се намират. Тоест те имат нисък вискозитет и висока течливост. Сблъсквайки се една с друга, микрочастиците течност или газ се движат свободно. Преди това се смяташе, че в обема, зает от течност, няма подредено движение на молекули. Така течността и газът се противопоставят на кристалите. Но в резултат на последващи изследвания бяха доказани приликите между твърди вещества и течности.

В течната фаза при температура, близка до втвърдяването, топлинното движение наподобява това в твърдите вещества. В този случай течността все още може да има определена структура. Следователно, давайки отговор на въпроса как частиците са разположени в твърди вещества в течности и газове, можем да кажем, че в последните движението на молекулите е хаотично и неподредено. Но в твърдите тела молекулите заемат в повечето случаи определено, фиксирано положение.

В този случай течността е един вид междинна връзка. Освен това, колкото по-близо е температурата му до кипене, толкова повече молекулите се движат като в газове. Ако температурата е по-близо до прехода към твърда фаза, тогава микрочастиците започват да се движат все по-подредено.

Промени в състоянието на веществата

Нека да разгледаме най-простия пример за промяна на състоянието на водата. Ледът е твърдата фаза на водата. Температурата му е под нулата. При нулева температура ледът започва да се топи и се превръща във вода. Това се обяснява с разрушаването на кристалната решетка: при нагряване частиците започват да се движат. Температурата, при която веществото променя агрегатното си състояние, се нарича точка на топене (в нашия случай за водата е 0). Имайте предвид, че температурата на леда ще остане на същото ниво, докато се разтопи напълно. В този случай атомите или молекулите на течността ще се движат по същия начин, както в твърдите тела.

След това ще продължим да загряваме водата. В същото време частиците започват да се движат по-интензивно, докато нашето вещество достигне следващата точка на изменение на агрегатното състояние – точката на кипене. Този момент настъпва при разкъсване на връзките между молекулите, които го образуват поради ускоряването на движението – тогава той придобива свободен характер, а въпросната течност преминава в газообразна фаза. Процесът на превръщане на вещество (вода) от течна фаза в газообразна фаза се нарича кипене.

Температурата, при която водата кипи, се нарича точка на кипене. В нашия случай тази стойност е 100 градуса по Целзий (температурата зависи от налягането, нормалното налягане е една атмосфера). Забележка: докато съществуващата течност напълно се превърне в пара, нейната температура остава постоянна.

Възможен е и обратният процес на преминаване на водата от газообразно състояние (пара) в течност, което се нарича кондензация.

След това можете да наблюдавате процеса на замразяване - процесът на преход на течност (вода) в твърда форма (първоначалното състояние е описано по-горе - това е лед). Процесите, описани по-рано, дават директен отговор на това как са подредени частиците в твърди вещества, течности и газове. Местоположението и състоянието на молекулите на дадено вещество зависят от неговото агрегатно състояние.

Какво е твърдо вещество? Как се държат микрочастиците в него?

Твърдото тяло е състояние на материална среда, чиято отличителна черта е запазването на постоянна форма и постоянния характер на топлинното движение на микрочастиците, които извършват малки вибрации. Телата могат да бъдат в твърдо, течно и газообразно състояние. Има и четвърто състояние, което съвременните учени са склонни да класифицират като агрегатно - това е така наречената плазма.

И така, в първия случай всяко вещество като правило има постоянна, непроменлива форма и ключовото влияние върху това е как частиците са подредени в твърди вещества. На микроскопично ниво е ясно, че атомите, които изграждат твърдо вещество, са свързани помежду си чрез химични връзки и са разположени във възлите на кристалната решетка.

Но има изключение - аморфни вещества, които са в твърдо състояние, но не могат да се похвалят с наличието на кристална решетка. Именно от това можем да дадем отговор как са подредени частиците в твърдите тела. В първия случай физиката показва, че атомите или молекулите са разположени в местата на решетката. Но във втория случай със сигурност няма такова подреждане и такова вещество е по-подобно на течност.

Физика и възможна структура на твърдо тяло

В този случай веществото се стреми да запази обема си и, разбира се, формата. Тоест, за да се промени последното, трябва да се положат усилия и няма значение дали е метален предмет, парче пластмаса или глина. Причината се крие в неговата молекулярна структура. Или по-точно във взаимодействието на молекулите, изграждащи тялото. В този случай те са разположени най-близо. Тази подредба на молекулите е повтаряща се по природа. Ето защо силите на взаимно привличане между всеки от тези компоненти са много силни.

Взаимодействието на микрочастиците обяснява природата на тяхното движение. Много е трудно да се регулира формата или обема на такова твърдо тяло в една или друга посока. Частиците на твърдото тяло не могат да се движат хаотично в целия обем на твърдото тяло, а могат да се колебаят само около определена точка в пространството. Молекулите на твърдото вещество трептят хаотично в различни посоки, но се блъскат в подобни, които ги връщат в първоначалното им състояние. Ето защо частиците в твърдите тела по правило са подредени в строго определен ред.

Частици и тяхното разположение в твърдо тяло

Твърдите вещества могат да бъдат от три вида: кристални, аморфни и композитни. Това е химичният състав, който влияе върху подреждането на частиците в твърдите вещества.

Кристалните твърди вещества имат подредена структура. Техните молекули или атоми образуват кристална пространствена решетка с правилна форма. По този начин твърдото вещество в кристално състояние има определена кристална решетка, която от своя страна задава определени физични свойства. Това е отговорът на това как са подредени частиците в твърдо тяло.

Да дадем пример: преди много години в Санкт Петербург в склад се съхраняваха бели лъскави ламаринени копчета, които при падане на температурата губеха блясъка си и от бели ставаха сиви. Копчетата се разпаднаха на сив прах. „Калаена чума“ беше името, дадено на тази „болест“, но всъщност това беше преструктуриране на структурата на кристалите под въздействието на ниска температура. Калайът, когато преминава от бял сорт към сив сорт, се разпада на прах. Кристалите от своя страна се делят на моно- и поликристали.

Монокристали и поликристали

Монокристалите (трапезна сол) са единични хомогенни кристали, представени от непрекъсната кристална решетка под формата на правилни многоъгълници. Поликристалите (пясък, захар, метали, камъни) са кристални тела, израснали заедно от малки, хаотично разположени кристали. В кристалите се наблюдава явление, наречено анизотропия.

Аморфност: специален случай

Аморфните тела (смола, колофон, стъкло, кехлибар) нямат ясен, строг ред в подреждането на частиците. Това е необичаен случай за реда, в който частиците се намират в твърдите вещества. В този случай се наблюдава явлението изотропия, физическите свойства на аморфните тела са еднакви във всички посоки. При високи температури те стават като вискозни течности, а при ниски - като твърди вещества. Когато са изложени на външно въздействие, те едновременно проявяват еластични свойства, т.е. при удар те се разделят на миниатюрни частици, като твърди вещества, и течливост: при продължително излагане на температура те започват да текат като течности. Те нямат специфични температури на топене и кристализация. При нагряване аморфните тела се размекват.

Примери за аморфни вещества

Да вземем например обикновената захар и да разберем подреждането на частиците в твърди вещества в различни случаи, използвайки нейния пример. В този случай същият материал може да се появи в кристална или аморфна форма. Ако разтопената захар се втвърдява бавно, молекулите образуват равни редове - кристали (захар на бучки или гранулирана захар). Ако например разтопената захар се излее в студена вода, охлаждането ще настъпи много бързо и частиците няма да имат време да образуват правилните редове - стопилката ще се втвърди, без да образува кристали. Така получавате захарни бонбони (това е некристална захар).

Но след известно време такова вещество може да рекристализира, частиците се събират в правилни редове. Ако захарният бонбон престои няколко месеца, той ще започне да се покрива с хлабав слой. Така се появяват кристали на повърхността. За захарта животът ще бъде няколко месеца, а за камъка ще бъде милиони години. Въглеродът е уникален пример. Графитът е кристален въглерод, структурата му е слоеста. А диамантът е най-твърдият минерал на земята, способен да реже стъкло и да реже камъни; той се използва за пробиване и полиране. В този случай има само едно вещество - въглерод, но особеността се състои в способността да се образуват различни кристални форми. Това е друг отговор за това как частиците са подредени в твърдо тяло.

Резултати. Заключение

Структурата и разположението на частиците в твърдите тела зависи от това към какъв тип принадлежи въпросното вещество. Ако веществото е кристално, тогава подредбата на микрочастиците ще бъде поръчана. Аморфните структури нямат тази характеристика. Но композитите могат да принадлежат както към първата, така и към втората група.

В един случай течността се държи подобно на твърдо вещество (при ниска температура, която е близка до температурата на кристализация), но може да се държи и като газ (когато се повишава). Затова в този преглед разгледахме как частиците са разположени не само в твърди вещества, но и в други основни агрегатни състояния на материята.

Кинетична енергия на молекула

В газ молекулите се движат свободно (изолирани от други молекули), като само понякога се сблъскват една с друга или със стените на контейнера. Докато една молекула се движи свободно, тя има само кинетична енергия. По време на сблъсък молекулите също получават потенциална енергия. По този начин общата енергия на газ е сумата от кинетичната и потенциалната енергия на неговите молекули. Колкото по-разреден е газът, толкова повече молекули във всеки момент са в състояние на свободно движение, притежавайки само кинетична енергия. Следователно, когато газът е разреден, делът на потенциалната енергия намалява в сравнение с кинетичната енергия.

Средната кинетична енергия на една молекула в равновесие на идеален газ има една много важна характеристика: в смес от различни газове средната кинетична енергия на една молекула за различните компоненти на сместа е една и съща.

Например въздухът е смес от газове. Средната енергия на една въздушна молекула за всички нейни компоненти при нормални условия, когато въздухът все още може да се счита за идеален газ, е една и съща. Това свойство на идеалните газове може да се докаже въз основа на общи статистически съображения. От това следва важно следствие: ако два различни газа (в различни съдове) са в термично равновесие един с друг, тогава средните кинетични енергии на техните молекули са еднакви.

В газовете разстоянието между молекулите и атомите обикновено е много по-голямо от размера на самите молекули; силите на взаимодействие между молекулите не са големи. В резултат на това газът няма собствена форма и постоянен обем. Газът лесно се компресира и може да се разширява неограничено. Молекулите на газа се движат свободно (транслационно могат да се въртят), само понякога се сблъскват с други молекули и стените на съда, в който се намира газът, и се движат с много високи скорости.

Движение на частици в твърди тела

Структурата на твърдите тела е коренно различна от структурата на газовете. При тях междумолекулните разстояния са малки и потенциалната енергия на молекулите е сравнима с кинетичната енергия. Атомите (или йоните, или целите молекули) не могат да бъдат наречени неподвижни; Колкото по-висока е температурата, толкова по-голяма е енергията на трептенията и следователно средната амплитуда на трептенията. Топлинните вибрации на атомите също обясняват топлинния капацитет на твърдите тела. Нека разгледаме по-подробно движенията на частиците в кристални твърди тела. Целият кристал като цяло е много сложна свързана осцилаторна система. Отклоненията на атомите от средните им позиции са малки и следователно можем да предположим, че атомите са подложени на действието на квазиеластични сили, които се подчиняват на линейния закон на Хук. Такива колебателни системи се наричат линейни.

Има развита математическа теория на системите, подложени на линейни трептения. Той доказва една много важна теорема, чиято същност е следната. Ако системата извършва малки (линейни) взаимосвързани трептения, тогава чрез трансформиране на координатите тя може формално да бъде сведена до система от независими осцилатори (чиито уравнения на трептене не зависят едно от друго). Система от независими осцилатори се държи като идеален газ в смисъл, че атомите на последния също могат да се считат за независими.

Използвайки идеята за независимост на газовите атоми, стигаме до закона на Болцман. Това много важно заключение осигурява проста и надеждна основа за цялата теория на твърдите тела.

Закон на Болцман

Броят на осцилаторите с дадени параметри (координати и скорости) се определя по същия начин, както броят на газовите молекули в дадено състояние, по формулата:

Осцилаторна енергия.

Законът на Болцман (1) в теорията на твърдите тела няма ограничения, но формула (2) за енергията на осцилатора е взета от класическата механика. Когато теоретично разглеждаме твърдите тела, трябва да разчитаме на квантовата механика, която се характеризира с дискретни промени в енергията на осцилатора. Дискретността на енергията на осцилатора става незначителна само при достатъчно високи стойности на неговата енергия. Това означава, че (2) може да се използва само при достатъчно високи температури. При високи температури на твърдо вещество, близки до точката на топене, законът за равномерно разпределение на енергията по степените на свобода следва от закона на Болцман. Ако в газовете за всяка степен на свобода има средно количество енергия, равно на (1/2) kT, тогава осцилаторът има една степен на свобода, в допълнение към кинетичната, с потенциална енергия. Следователно на една степен на свобода в твърдо тяло при достатъчно висока температура има енергия, равна на kT. Въз основа на този закон не е трудно да се изчисли общата вътрешна енергия на твърдо тяло, а след това и неговата топлинна мощност. Един мол твърдо вещество съдържа NA атоми и всеки атом има три степени на свобода. Следователно молът съдържа 3 NA осцилатора. Енергия на мол твърдо тяло

а моларният топлинен капацитет на твърдо вещество при достатъчно високи температури е

Опитът потвърждава този закон.

Течностите заемат междинно положение между газове и твърди вещества. Молекулите на течността не се разпръскват на големи разстояния и течността при нормални условия запазва обема си. Но за разлика от твърдите тела, молекулите не само вибрират, но и скачат от място на място, тоест извършват свободни движения. С повишаване на температурата течностите кипят (има т.нар. точка на кипене) и се превръщат в газ. С понижаване на температурата течностите кристализират и стават твърди. В температурното поле има точка, в която границата между газ (наситена пара) и течност изчезва (критична точка). Моделът на топлинно движение на молекулите в течности близо до температурата на втвърдяване е много подобен на поведението на молекулите в твърдите вещества. Например, коефициентите на топлинен капацитет са абсолютно еднакви. Тъй като топлинният капацитет на веществото се променя леко по време на топене, можем да заключим, че естеството на движението на частиците в течност е близко до движението в твърдо вещество (при температурата на топене). При нагряване свойствата на течността постепенно се променят и тя става по-скоро като газ. В течностите средната кинетична енергия на частиците е по-малка от потенциалната енергия на тяхното междумолекулно взаимодействие. Енергията на междумолекулно взаимодействие в течности и твърди вещества се различава незначително. Ако сравним топлината на топене и топлината на изпарение, ще видим, че по време на прехода от едно състояние на агрегиране в друго, топлината на топене е значително по-ниска от топлината на изпарение. Адекватно математическо описание на структурата на течност може да се даде само с помощта на статистическата физика. Например, ако една течност се състои от еднакви сферични молекули, тогава нейната структура може да бъде описана чрез функцията на радиално разпределение g(r), която дава вероятността за откриване на всяка молекула на разстояние r от дадената, избрана като референтна точка. Тази функция може да бъде намерена експериментално чрез изследване на дифракцията на рентгенови лъчи или неутрони или може да се извърши компютърна симулация на тази функция с помощта на Нютонова механика.

Кинетичната теория на течността е разработена от Ya.I. Френкел. В тази теория течността се разглежда, както в случая на твърдо тяло, като динамична система от хармонични осцилатори. Но за разлика от твърдото тяло, равновесното положение на молекулите в течността е временно. След като осцилира около една позиция, течната молекула скача на нова позиция, разположена наблизо. Такъв скок се получава с разхода на енергия. Средното време на „утаен живот“ на една течна молекула може да се изчисли като:

\[\left\langle t\right\rangle =t_0e^(\frac(W)(kT))\left(5\right),\]

където $t_0\ $ е периодът на трептене около едно равновесно положение. Енергията, която една молекула трябва да получи, за да се премести от една позиция в друга, се нарича енергия на активиране W, а времето, когато молекулата е в равновесно положение, се нарича време на „установен живот“ t.

За една водна молекула, например, при стайна температура, една молекула претърпява около 100 вибрации и скача на нова позиция. Силите на привличане между молекулите на течността са силни, така че обемът се поддържа, но ограниченият заседнал живот на молекулите води до появата на такова явление като течливост. По време на трептенията на частиците близо до равновесното положение те непрекъснато се сблъскват една с друга, така че дори малка компресия на течността води до рязко „втвърдяване“ на сблъсъци на частици. Това означава рязко увеличаване на налягането на течността върху стените на съда, в който тя е компресирана.

Пример 1

Задача: Определете специфичния топлинен капацитет на медта. Да приемем, че температурата на медта е близка до точката на топене. (Моларна маса на мед $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$

Съгласно закона на Дюлонг и Пети, мол от химически прости вещества при температури, близки до точката на топене, има топлинен капацитет:

Специфичен топлинен капацитет на медта:

\[С=\frac(с)(\mu )\до С=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[С=\frac(3\cdot 8.31) (63 \cdot 10^(-3))=0,39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]

Отговор: Специфичен топлинен капацитет на мед $0,39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$

Задача: Обяснете по опростен начин от гледна точка на физиката процеса на разтваряне на сол (NaCl) във вода.

Основата на съвременната теория на решенията е създадена от D.I. Менделеев. Той установява, че по време на разтварянето протичат едновременно два процеса: физически - равномерното разпределение на частиците от разтвореното вещество в целия обем на разтвора и химичен - взаимодействието на разтворителя с разтвореното вещество. Ние се интересуваме от физическия процес. Молекулите на солта не разрушават водните молекули. В този случай би било невъзможно водата да се изпари. Ако молекулите на солта се присъединят към молекулите на водата, ще получим някакво ново вещество. И молекулите на солта не могат да проникнат вътре в молекулите.

Възниква йон-диполна връзка между Na+ и Cl- йоните на хлора и полярните водни молекули. Оказва се, че е по-здрава от йонните връзки в молекулите на готварската сол. В резултат на този процес връзката между йоните, разположени на повърхността на кристалите NaCl, се отслабва, натриевите и хлорните йони се отделят от кристала, а водните молекули образуват така наречените хидратационни обвивки около тях. Отделените хидратирани йони под въздействието на топлинно движение се разпределят равномерно между молекулите на разтворителя.

В газовете разстоянието между молекулите и атомите обикновено е много по-голямо от размера на молекулите, но много малко. Следователно газовете нямат собствена форма и постоянен обем. Газовете лесно се компресират, тъй като силите на отблъскване на големи разстояния също са малки. Газовете имат свойството да се разширяват неограничено, запълвайки целия предоставен им обем. Газовите молекули се движат с много високи скорости, сблъскват се една с друга и отскачат една от друга в различни посоки. Многобройните удари на молекули върху стените на съда създават налягане на газа.

Движение на молекули в течности

В течностите молекулите не само осцилират около равновесното положение, но също така правят скокове от едно равновесно положение в друго. Тези скокове се случват периодично. Интервалът от време между такива скокове се нарича средно време на уседнал живот(или средно време за релаксация) и се обозначава с буквата τ. С други думи, времето на релаксация е времето на колебания около едно конкретно равновесно положение. При стайна температура това време е средно 10 -11 s. Времето на едно трептене е 10 -12 ... 10 -13 s.

Времето на заседнал живот намалява с повишаване на температурата. Разстоянието между молекулите на течността е по-малко от размера на молекулите, частиците са разположени близо една до друга и е голямо. Подреждането на течните молекули обаче не е строго подредено в целия обем.

Течностите, както и твърдите вещества, запазват обема си, но нямат собствена форма. Поради това те приемат формата на съда, в който се намират. Течността има следните свойства: течливост. Благодарение на това свойство течността не се съпротивлява на промяна на формата, леко се компресира и нейните физически свойства са еднакви във всички посоки вътре в течността (изотропия на течности). Естеството на молекулярното движение в течности е установено за първи път от съветския физик Яков Илич Френкел (1894 - 1952).

Движение на молекули в твърди тела

Течности. Движение на молекули в течности.

Течността заема междинно положение по свойства и структура между газовете и твърдите кристални вещества. Следователно той има свойствата както на газообразни, така и на твърди вещества. В молекулярно-кинетичната теория различните състояния на агрегиране на дадено вещество са свързани с различни степени на молекулен ред. За твърди вещества, т.нар дълга поръчкав подреждането на частиците, т.е. тяхната подредена подредба, повтаряща се на големи разстояния. При течностите има т.нар затворете поръчкатав подреждането на частиците, т.е. тяхната подредена подредба, повтаряща се на разстояния, е сравнима с междуатомните. При температури, близки до температурата на кристализация, структурата на течността е близка до твърдо вещество. При високи температури, близки до точката на кипене, структурата на течността съответства на газообразното състояние - почти всички молекули участват в хаотично топлинно движение.

Течностите, подобно на твърдите вещества, имат определен обем и подобно на газовете приемат формата на съда, в който се намират. Газовите молекули практически не са свързани помежду си чрез силите на междумолекулно взаимодействие и в този случай средната енергия на топлинното движение на газовите молекули е много по-голяма от средната потенциална енергия, причинена от силите на привличане между тях, така че газът молекулите се разлитат в различни посоки и газът заема предоставения му обем. В твърдите вещества и течностите силите на привличане между молекулите вече са значителни и поддържат молекулите на определено разстояние една от друга. В този случай средната енергия на топлинно движение на молекулите е по-малка от средната потенциална енергия поради силите на междумолекулно взаимодействие и не е достатъчна за преодоляване на силите на привличане между молекулите, поради което твърдите вещества и течностите имат определен обем.

Налягането в течностите нараства много рязко с повишаване на температурата и намаляване на обема. Обемното разширение на течностите е много по-малко от това на парите и газовете, тъй като силите, свързващи молекулите в течността, са по-значителни; същата забележка важи и за топлинното разширение.

Топлинният капацитет на течностите обикновено се увеличава с температурата (макар и незначително). Отношението Ср/СV практически е равно на единица.

Теорията на течностите все още не е напълно развита. Развитието на редица проблеми в изследването на сложните свойства на течностите принадлежи на Ya.I. Френкел (1894–1952). Той обяснява топлинното движение в течност с факта, че всяка молекула осцилира за известно време около определено равновесно положение, след което рязко се премества в ново положение, отделено от първоначалното на разстояние от порядъка на междуатомно. По този начин молекулите на течността се движат доста бавно в цялата маса на течността. С повишаване на температурата на течността честотата на вибрационното движение рязко се увеличава и подвижността на молекулите се увеличава.

Въз основа на модела на Френкел е възможно да се обяснят някои отличителни чертисвойства на течността. По този начин течностите, дори близо до критичната температура, имат много по-голяма вискозитетот газовете, а вискозитетът намалява с повишаване на температурата (и не се увеличава, както при газовете). Това се обяснява с различното естество на процеса на предаване на импулса: той се предава от молекули, които правят скок от едно равновесно състояние в друго, като тези скокове стават значително по-чести с повишаване на температурата. дифузияв течности се случва само поради молекулярни скокове и се случва много по-бавно, отколкото в газовете. Топлопроводимосттечности се причинява от обмен на кинетична енергия между частици, които осцилират около техните равновесни позиции с различни амплитуди; внезапните скокове на молекулите не играят забележима роля. Механизмът на топлопроводимост е подобен на неговия механизъм в газовете. Характерна особеност на течността е нейната способност да има свободна повърхност(неограничени от плътни стени).