Molekuly a atomy pevné látky jsou uspořádány v určitém pořadí a formě krystalová mřížka. Takové pevné látky se nazývají krystalické. Atomy provádějí vibrační pohyby kolem rovnovážné polohy a přitažlivost mezi nimi je velmi silná. Proto si pevné látky za normálních podmínek zachovávají svůj objem a mají svůj vlastní tvar.

Tepelná rovnováha je stav termodynamického systému, do kterého samovolně přechází po dostatečně dlouhé době za podmínek izolace od okolí.

Teplota je fyzikální veličina, která charakterizuje průměrnou kinetickou energii částic makroskopického systému ve stavu termodynamické rovnováhy. V rovnovážném stavu má teplota stejnou hodnotu pro všechny makroskopické části systému.

Stupeň Celsia(označení: °C) je široce používaná jednotka teploty, používaná v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) spolu s kelviny.

Rtuťový lékařský teploměr

Mechanický teploměr

Stupeň Celsia je pojmenován po švédském vědci Andersi Celsiovi, který v roce 1742 navrhl novou stupnici pro měření teploty. Bod tání ledu byl brán jako nula na stupnici Celsia a bod varu vody při standardním atmosférickém tlaku jako 100 °. (Zpočátku bral Celsius teplotu tání ledu jako 100° a teplotu varu vody jako 0°. A teprve později jeho současník Carl Linné tuto stupnici „otočil“). Tato stupnice je lineární v rozsahu 0-100° a také pokračuje lineárně v oblasti pod 0° a nad 100°. Linearita je hlavním problémem při přesných měřeních teploty. Stačí zmínit, že klasický teploměr naplněný vodou nelze označit pro teploty pod 4 stupně Celsia, jelikož v tomto rozmezí se voda začíná opět rozpínat.

Původní definice stupňů Celsia závisela na definici standardního atmosférického tlaku, protože jak bod varu vody, tak bod tání ledu závisí na tlaku. To není příliš vhodné pro standardizaci jednotek měření. Proto byla po přijetí Kelvina K jako základní jednotky teploty revidována definice stupně Celsia.

Podle moderní definice se stupeň Celsia rovná jednomu kelvinu K a nula stupnice Celsia je nastavena tak, aby teplota trojného bodu vody byla 0,01 °C. V důsledku toho jsou stupnice Celsia a Kelvina posunuty o 273,15:

26)Ideální plyn- matematický model plynu, ve kterém se předpokládá, že potenciální interakční energii molekul lze zanedbat ve srovnání s jejich kinetickou energií. Mezi molekulami nejsou žádné přitažlivé ani odpudivé síly, srážky částic mezi sebou a se stěnami nádoby jsou absolutně elastické a doba interakce mezi molekulami je zanedbatelná ve srovnání s průměrnou dobou mezi srážkami.

, Kde k je Boltzmannova konstanta (poměr univerzální plynové konstanty R na číslo Avogadro N A), i- počet stupňů volnosti molekul (ve většině problémů o ideálních plynech, kde se předpokládá, že molekuly jsou koule o malém poloměru, jejichž fyzikálním analogem mohou být inertní plyny) a T- absolutní teplota.

Základní rovnice MKT spojuje makroskopické parametry (tlak, objem, teplota) plynové soustavy s mikroskopickými (hmotnost molekul, průměrná rychlost jejich pohybu).

Tento materiál hovoří nejen o tom, jak jsou částice uspořádány v pevných látkách, ale také o tom, jak se pohybují v plynech nebo kapalinách. Dále budou popsány typy krystalových mřížek v různých látkách.

Skupenství

Existují určité normy indikující přítomnost tří typických stavů agregace, a to: kapaliny a plynu.

Definujme komponenty pro každý stav agregace.

Pevné látky jsou prakticky objemově a tvarově stálé. Výměna posledně jmenovaného je extrémně problematická bez dalších nákladů na energii.
Kapalina může snadno měnit tvar, ale zároveň si zachovává svůj objem.
Plynné látky si nezachovají tvar ani objem.

Hlavním kritériem, podle kterého se určuje stav agregace, je uspořádání molekul a způsoby jejich pohybu. V plynné látce je minimální vzdálenost mezi jednotlivými molekulami mnohem větší než oni sami. Na druhé straně se molekuly za normálních podmínek nerozptylují na velké vzdálenosti a zachovávají si svůj objem. Aktivní částice v pevných látkách jsou uspořádány v přesně definovaném pořadí, každá z nich se jako kyvadlo hodin pohybuje kolem určitého bodu v krystalové mřížce. To dává pevné látce zvláštní pevnost a tuhost.

Proto je v tomto případě nejpalčivější otázkou, jak se aktivní částice nacházejí v pevných látkách. Ve všech ostatních případech atomy (molekuly) takto uspořádanou strukturu nemají.

Vlastnosti kapaliny

Zvláštní pozornost je třeba věnovat tomu, že kapaliny jsou jakýmsi mezičlánkem mezi pevným skupenstvím tělesa a jeho plynnou fází. Při poklesu teploty tedy kapalina tuhne a při jejím zvýšení nad bod varu látky přechází do plynného skupenství. Kapalina má však společné znaky s pevnými i plynnými látkami. V roce 1860 tak vynikající domácí vědec D.I. Mendělejev prokázal existenci takzvané kritické teploty - absolutního varu. To je hodnota, při které mizí tenká hranice mezi plynem a látkou v pevném stavu.

Dalším kritériem, kombinujícím dva sousední stavy agregace, je izotropie. V tomto případě jsou jejich vlastnosti ve všech směrech stejné. Krystaly jsou zase anizotropní. Kapaliny stejně jako plyny nemají pevný tvar a zabírají celý objem nádoby, ve které se nacházejí. To znamená, že mají nízkou viskozitu a vysokou tekutost. Při vzájemné kolizi se mikročástice kapaliny nebo plynu volně pohybují. Dříve se věřilo, že v objemu obsazeném kapalinou nedochází k žádnému uspořádanému pohybu molekul. Kapalina a plyn byly tedy v protikladu ke krystalům. Ale jako výsledek následného výzkumu byla prokázána podobnost mezi pevnými látkami a kapalinami.

V kapalné fázi při teplotě blízké tuhnutí se tepelný pohyb podobá pohybu pevných látek. V tomto případě může mít kapalina stále určitou strukturu. Proto, když dáváme odpověď na otázku, jak se částice nacházejí v pevných látkách v kapalinách a plynech, můžeme říci, že v těchto plynech je pohyb molekul chaotický a neuspořádaný. Ale v pevných látkách molekuly ve většině případů zaujímají určitou pevnou pozici.

V tomto případě je kapalina jakýmsi mezičlánkem. Navíc čím blíže je jeho teplota varu, tím více se molekuly pohybují jako v plynech. Pokud je teplota blíže přechodu do pevné fáze, začnou se mikročástice pohybovat stále uspořádanějším způsobem.

Změna skupenství látek

Podívejme se na nejjednodušší příklad změny skupenství vody. Led je pevná fáze vody. Jeho teplota je pod nulou. Při teplotě nula led začíná tát a mění se ve vodu. To se vysvětluje destrukcí krystalové mřížky: při zahřátí se částice začnou pohybovat. Teplota, při které látka mění svůj stav agregace, se nazývá bod tání (v našem případě pro vodu je to 0). Pamatujte, že teplota ledu zůstane na stejné úrovni, dokud úplně neroztaje. V tomto případě se atomy nebo molekuly kapaliny budou pohybovat stejným způsobem jako v pevných látkách.

Poté budeme pokračovat v ohřevu vody. Částice se přitom začnou intenzivněji pohybovat, dokud naše látka nedosáhne dalšího bodu změny stavu agregace – bodu varu. Tento okamžik nastává, když se zrychlením pohybu přeruší vazby mezi molekulami, které ho tvoří – pak nabývá volného charakteru, a dotyčná kapalina přechází do plynné fáze. Proces přeměny látky (vody) z kapalné fáze do plynné fáze se nazývá var.

Teplota, při které se voda vaří, se nazývá bod varu. V našem případě je tato hodnota 100 stupňů Celsia (teplota závisí na tlaku, normální tlak je jedna atmosféra). Poznámka: dokud se stávající kapalina zcela nepřemění v páru, její teplota zůstává konstantní.

Možný je i opačný proces přechodu vody z plynného skupenství (páry) do kapaliny, který se nazývá kondenzace.

Dále můžete pozorovat proces zmrazování - proces přechodu kapaliny (vody) do pevné formy (výchozí stav je popsán výše - jedná se o led). Výše popsané procesy poskytují přímou odpověď na to, jak jsou částice uspořádány v pevných látkách, kapalinách a plynech. Umístění a stav molekul látky závisí na jejím stavu agregace.

Co je pevná látka? Jak se v něm chovají mikročástice?

Pevné těleso je stav hmotného prostředí, jehož charakteristickým rysem je zachování stálého tvaru a stálý charakter tepelného pohybu mikročástic, které provádějí drobné vibrace. Tělesa mohou být v pevném, kapalném a plynném skupenství. Existuje také čtvrtý stav, který moderní vědci spíše klasifikují jako agregát – jde o takzvané plazma.

Takže v prvním případě má jakákoli látka zpravidla konstantní, neměnný tvar a klíčový vliv na to má to, jak jsou částice uspořádány v pevných látkách. Na mikroskopické úrovni je zřejmé, že atomy, které tvoří pevnou látku, jsou navzájem spojeny chemickými vazbami a nacházejí se v uzlech krystalové mřížky.

Ale existuje výjimka - amorfní látky, které jsou v pevném stavu, ale nemohou se pochlubit přítomností krystalové mřížky. Z toho můžeme dát odpověď na to, jak jsou částice uspořádány v pevných látkách. V prvním případě fyzika naznačuje, že atomy nebo molekuly jsou umístěny v místech mřížky. Ale ve druhém případě takové uspořádání určitě neexistuje a taková látka je více podobná kapalině.

Fyzika a možná stavba pevného tělesa

Hmota má v tomto případě tendenci udržet si objem a samozřejmě i tvar. To znamená, že ke změně toho druhého je třeba vynaložit úsilí a je jedno, zda jde o kovový předmět, kus plastu nebo hlínu. Důvod spočívá v jeho molekulární struktuře. Nebo přesněji v interakci molekul, které tvoří tělo. V tomto případě jsou umístěny nejblíže. Toto uspořádání molekul je svou povahou opakující se. Proto jsou síly vzájemné přitažlivosti mezi každou z těchto složek velmi silné.

Interakce mikročástic vysvětluje povahu jejich pohybu. Je velmi obtížné upravit tvar nebo objem takového pevného tělesa v jednom nebo druhém směru. Částice pevného tělesa se nemohou chaoticky pohybovat v celém objemu pevného tělesa, ale mohou pouze oscilovat kolem určitého bodu v prostoru. Molekuly pevné látky chaoticky kmitají různými směry, ale narážejí na podobné, které je vracejí do původního stavu. Proto jsou částice v pevných látkách zpravidla uspořádány v přesně definovaném pořadí.

Částice a jejich umístění v pevné látce

Pevné látky mohou být tří typů: krystalické, amorfní a kompozitní. Právě chemické složení ovlivňuje uspořádání částic v pevných látkách.

Krystalické pevné látky mají uspořádanou strukturu. Jejich molekuly nebo atomy tvoří krystalickou prostorovou mřížku pravidelného tvaru. Pevná látka v krystalickém stavu má tedy určitou krystalovou mřížku, která zase nastavuje určité fyzikální vlastnosti. To je odpověď na to, jak jsou částice uspořádány v pevné látce.

Uveďme příklad: v Petrohradě byla před mnoha lety ve skladu uskladněna zásoba bílých lesklých plechových knoflíků, které při poklesu teploty ztrácely lesk a z bílé na šedou. Knoflíky se rozpadly na šedý prášek. „Cínový mor“ byl název této „nemoci“, ale ve skutečnosti se jednalo o restrukturalizaci struktury krystalů vlivem nízké teploty. Cín se při přechodu z bílé odrůdy na šedou odrůdu rozpadá na prášek. Krystaly se zase dělí na mono- a polykrystaly.

Monokrystaly a polykrystaly

Monokrystaly (kuchyňská sůl) jsou jednotlivé homogenní krystaly reprezentované souvislou krystalovou mřížkou ve formě pravidelných mnohoúhelníků. Polykrystaly (písek, cukr, kovy, kameny) jsou krystalická tělesa, která srostla dohromady z malých, chaoticky umístěných krystalů. U krystalů je pozorován jev zvaný anizotropie.

Amorfnost: zvláštní případ

Amorfní tělesa (pryskyřice, kalafuna, sklo, jantar) nemají jasný, striktní řád v uspořádání částic. Toto je neobvyklý případ pořadí, ve kterém se částice nacházejí v pevných látkách. V tomto případě je pozorován jev izotropie, fyzikální vlastnosti amorfních těles jsou ve všech směrech stejné. Při vysokých teplotách se stávají jako viskózní kapaliny a při nízkých teplotách jako pevné látky. Když jsou vystaveny vnějším vlivům, vykazují současně elastické vlastnosti, to znamená, že se při nárazu rozdělí na miniaturní částice, jako jsou pevné látky, a tekutost: při delším vystavení teplotě začnou proudit jako kapaliny. Nemají specifické teploty tání a krystalizace. Při zahřátí amorfní tělesa měknou.

Příklady amorfních látek

Vezměme si například obyčejný cukr a na jeho příkladu zjistíme uspořádání částic v pevných látkách v různých případech. V tomto případě se stejný materiál může vyskytovat v krystalické nebo amorfní formě. Pokud roztavený cukr tuhne pomalu, tvoří molekuly rovnoměrné řady - krystaly (cukr kostkový, nebo cukr krystal). Pokud se například roztavený cukr nalije do studené vody, dojde k ochlazení velmi rychle a částice nestihnou vytvořit správné řady - tavenina ztvrdne, aniž by se vytvořily krystaly. Takto získáte cukrový cukr (jedná se o nekrystalický cukr).

Ale po nějaké době může taková látka rekrystalizovat, částice se shromažďují v pravidelných řadách. Pokud cukroví vydrží několik měsíců, začne se pokrývat volnou vrstvou. Takto se na povrchu objevují krystaly. U cukru bude životnost několik měsíců a u kamene to budou miliony let. Uhlík je jedinečný příklad. Grafit je krystalický uhlík, jeho struktura je vrstvená. A diamant je nejtvrdší nerost na zemi, schopný řezat sklo a řezat kameny, používá se k vrtání a leštění. V tomto případě existuje pouze jedna látka - uhlík, ale zvláštnost spočívá ve schopnosti vytvářet různé krystalické formy. To je další odpověď na to, jak jsou částice uspořádány v pevné látce.

Výsledek. Závěr

Struktura a uspořádání částic v pevných látkách závisí na tom, k jakému typu daná látka patří. Pokud je látka krystalická, bude uspořádání mikročástic uspořádáno. Amorfní struktury tuto vlastnost nemají. Ale kompozity mohou patřit jak do první, tak do druhé skupiny.

V jednom případě se kapalina chová podobně jako pevná látka (při nízké teplotě, která se blíží teplotě krystalizace), ale může se chovat i jako plyn (při jejím zvýšení). Proto jsme v tomto přehledu zkoumali, jak se částice nacházejí nejen v pevných látkách, ale také v jiných základních agregátních stavech hmoty.

Kinetická energie molekuly

V plynu se molekuly pohybují volně (izolovány od ostatních molekul), jen občas narážejí do sebe nebo do stěn nádoby. Dokud se molekula volně pohybuje, má pouze kinetickou energii. Při srážce molekuly také získají potenciální energii. Celková energie plynu je tedy součtem kinetických a potenciálních energií jeho molekul. Čím je plyn vzácnější, tím více molekul je v každém okamžiku ve stavu volného pohybu a má pouze kinetickou energii. V důsledku toho, když je plyn zředěn, podíl potenciální energie klesá ve srovnání s kinetickou energií.

Průměrná kinetická energie molekuly v rovnováze ideálního plynu má jednu velmi důležitou vlastnost: ve směsi různých plynů je průměrná kinetická energie molekuly pro různé složky směsi stejná.

Například vzduch je směs plynů. Průměrná energie molekuly vzduchu pro všechny její složky za normálních podmínek, kdy vzduch ještě lze považovat za ideální plyn, je stejná. Tuto vlastnost ideálních plynů lze prokázat na základě obecných statistických úvah. Z toho plyne důležitý důsledek: jsou-li dva různé plyny (v různých nádobách) ve vzájemné tepelné rovnováze, pak jsou průměrné kinetické energie jejich molekul stejné.

V plynech je vzdálenost mezi molekulami a atomy obvykle mnohem větší, než je velikost samotných molekul, interakční síly mezi molekulami nejsou velké. V důsledku toho plyn nemá svůj vlastní tvar a konstantní objem. Plyn se snadno stlačuje a může neomezeně expandovat. Molekuly plynu se volně pohybují (translačně se mohou otáčet), jen někdy narážejí na jiné molekuly a stěny nádoby, ve které se plyn nachází, a pohybují se velmi vysokou rychlostí.

Pohyb částic v pevných látkách

Struktura pevných látek se zásadně liší od struktury plynů. V nich jsou mezimolekulární vzdálenosti malé a potenciální energie molekul je srovnatelná s energií kinetickou. Atomy (nebo ionty nebo celé molekuly) nelze nazvat nehybnými, provádějí náhodný oscilační pohyb kolem průměrných poloh. Čím vyšší je teplota, tím větší je energie kmitání, a tedy i průměrná amplituda kmitů. Tepelné vibrace atomů také vysvětlují tepelnou kapacitu pevných látek. Podívejme se podrobněji na pohyby částic v krystalických pevných látkách. Celý krystal jako celek je velmi složitým spřaženým oscilačním systémem. Odchylky atomů od jejich průměrných poloh jsou malé, a proto můžeme předpokládat, že atomy podléhají působení kvazielastických sil, které se řídí Hookovým lineárním zákonem. Takové oscilační systémy se nazývají lineární.

Existuje rozvinutá matematická teorie systémů podléhajících lineárním oscilacím. Dokazuje to velmi důležitou větu, jejíž podstata je následující. Pokud systém provádí malé (lineární) propojené kmity, pak jej lze transformací souřadnic formálně zredukovat na systém nezávislých oscilátorů (jejichž oscilační rovnice na sobě nezávisí). Systém nezávislých oscilátorů se chová jako ideální plyn v tom smyslu, že jeho atomy lze také považovat za nezávislé.

Pomocí myšlenky nezávislosti atomů plynu se dostáváme k Boltzmannovu zákonu. Tento velmi důležitý závěr poskytuje jednoduchý a spolehlivý základ pro celou teorii pevných látek.

Boltzmannův zákon

Počet oscilátorů s danými parametry (souřadnicemi a rychlostmi) se určuje stejným způsobem jako počet molekul plynu v daném stavu podle vzorce:

Energie oscilátoru.

Boltzmannův zákon (1) v teorii pevných těles nemá žádná omezení, ale vzorec (2) pro energii oscilátoru je převzat z klasické mechaniky. Při teoretickém uvažování o pevných látkách se musíme spolehnout na kvantovou mechaniku, která se vyznačuje diskrétními změnami energie oscilátoru. Diskrétnost energie oscilátoru se stává nevýznamnou pouze při dostatečně vysokých hodnotách jeho energie. To znamená, že (2) lze použít pouze při dostatečně vysokých teplotách. Při vysokých teplotách pevné látky, blízkých bodu tání, vyplývá z Boltzmannova zákona zákon rovnoměrného rozložení energie ve stupních volnosti. Pokud je v plynech pro každý stupeň volnosti v průměru množství energie rovné (1/2) kT, pak má oscilátor kromě kinetického ještě jeden stupeň volnosti s potenciální energií. Proto na jeden stupeň volnosti v pevné látce při dostatečně vysoké teplotě připadá energie rovna kT. Na základě tohoto zákona není obtížné vypočítat celkovou vnitřní energii pevného tělesa a poté jeho tepelnou kapacitu. Mol pevné látky obsahuje atomy NA a každý atom má tři stupně volnosti. Proto krtek obsahuje 3 NA oscilátory. Energie molu pevné látky

a molární tepelná kapacita pevné látky při dostatečně vysokých teplotách je

Zkušenost tento zákon potvrzuje.

Kapaliny zaujímají střední polohu mezi plyny a pevnými látkami. Molekuly kapaliny se nerozptylují na velké vzdálenosti a kapalina si za normálních podmínek zachovává svůj objem. Ale na rozdíl od pevných látek molekuly nejen vibrují, ale také skáčou z místa na místo, to znamená, že vykonávají volné pohyby. Při zvyšování teploty se kapaliny vaří (dochází k tzv. bodu varu) a mění se v plyn. Jak teplota klesá, kapaliny krystalizují a stávají se pevnými. V teplotním poli je bod, ve kterém mizí hranice mezi plynem (nasycená pára) a kapalinou (kritický bod). Vzorec tepelného pohybu molekul v kapalinách blízký teplotě tuhnutí je velmi podobný chování molekul v pevných látkách. Například koeficienty tepelné kapacity jsou úplně stejné. Protože se tepelná kapacita látky během tání mírně mění, můžeme usoudit, že charakter pohybu částic v kapalině je blízký pohybu v pevné látce (při teplotě tání). Při zahřívání se vlastnosti kapaliny postupně mění a stává se spíše plynem. V kapalinách je průměrná kinetická energie částic menší než potenciální energie jejich mezimolekulární interakce. Energie mezimolekulární interakce v kapalinách a pevných látkách se nevýznamně liší. Porovnáme-li skupenské teplo tání a výparné teplo, uvidíme, že při přechodu z jednoho stavu agregace do druhého je skupenské teplo tání výrazně nižší než výparné teplo. Adekvátní matematický popis struktury kapaliny lze podat pouze pomocí statistické fyziky. Pokud se například kapalina skládá z identických kulovitých molekul, pak lze její strukturu popsat pomocí radiální distribuční funkce g(r), která udává pravděpodobnost detekce jakékoli molekuly ve vzdálenosti r od dané molekuly zvolené jako referenční bod. Tuto funkci lze nalézt experimentálně studiem difrakce rentgenových paprsků nebo neutronů, nebo lze provést počítačovou simulaci této funkce pomocí newtonovské mechaniky.

Kinetická teorie kapaliny byla vyvinuta Ya.I. Frenkel. V této teorii je kapalina považována, stejně jako v případě pevné látky, za dynamický systém harmonických oscilátorů. Ale na rozdíl od pevného tělesa je rovnovážná poloha molekul v kapalině dočasná. Po oscilaci kolem jedné polohy molekula kapaliny skočí do nové polohy umístěné poblíž. K takovému skoku dochází při výdeji energie. Průměrnou dobu „usazeného života“ molekuly kapaliny lze vypočítat jako:

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

kde $t_0\ $ je perioda oscilací kolem jedné rovnovážné polohy. Energie, kterou musí molekula přijmout, aby se mohla přesunout z jedné polohy do druhé, se nazývá aktivační energie W a doba, po kterou je molekula v rovnovážné poloze, se nazývá doba „usazeného života“ t.

U molekuly vody například při pokojové teplotě jedna molekula podstoupí asi 100 vibrací a skočí do nové polohy. Přitažlivé síly mezi molekulami kapaliny jsou silné, takže objem je zachován, ale omezený sedavý život molekul vede ke vzniku takového jevu, jako je tekutost. Při oscilacích částic v blízkosti rovnovážné polohy do sebe plynule narážejí, takže i malé stlačení kapaliny vede k prudkému „ztuhnutí“ srážek částic. To znamená prudké zvýšení tlaku kapaliny na stěny nádoby, ve které je stlačována.

Příklad 1

Úkol: Určete měrnou tepelnou kapacitu mědi. Předpokládejme, že teplota mědi je blízká bodu tání. (Molární hmotnost mědi $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$

Podle Dulongova a Petitova zákona má mol chemicky jednoduchých látek při teplotách blízkých bodu tání tepelnou kapacitu:

Měrná tepelná kapacita mědi:

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

Odpověď: Měrná tepelná kapacita mědi $0,39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$

Zadání: Vysvětlete zjednodušeným způsobem z fyzikálního hlediska proces rozpouštění soli (NaCl) ve vodě.

Základ moderní teorie řešení vytvořil D.I. Mendělejev. Zjistil, že během rozpouštění probíhají současně dva procesy: fyzikální - rovnoměrné rozložení částic rozpuštěné látky v celém objemu roztoku a chemické - interakce rozpouštědla s rozpuštěnou látkou. Zajímá nás fyzikální proces. Molekuly soli neničí molekuly vody. V tomto případě by bylo nemožné odpařit vodu. Kdyby se molekuly soli spojily s molekulami vody, získali bychom nějakou novou látku. A molekuly soli nemohou proniknout dovnitř molekul.

Mezi ionty Na+ a Cl- chloru a molekul polární vody dochází k iont-dipólové vazbě. Ukazuje se, že je silnější než iontové vazby v molekulách kuchyňské soli. V důsledku tohoto procesu se zeslabí vazba mezi ionty nacházejícími se na povrchu krystalů NaCl, z krystalu se uvolní ionty sodíku a chloru a molekuly vody kolem nich vytvoří tzv. hydratační slupky. Oddělené hydratované ionty jsou vlivem tepelného pohybu rovnoměrně distribuovány mezi molekuly rozpouštědla.

V plynech je vzdálenost mezi molekulami a atomy obvykle mnohem větší než velikost molekul, ale velmi malá. Plyny proto nemají svůj tvar a konstantní objem. Plyny se snadno stlačují, protože odpudivé síly na velké vzdálenosti jsou také malé. Plyny mají tu vlastnost, že se neomezeně rozpínají a vyplňují celý objem, který jim je poskytnut. Molekuly plynu se pohybují velmi vysokou rychlostí, narážejí do sebe a odrážejí se od sebe různými směry. Vznikají četné dopady molekul na stěny nádoby tlak plynu.

Pohyb molekul v kapalinách

V kapalinách molekuly nejen oscilují kolem rovnovážné polohy, ale také přeskakují z jedné rovnovážné polohy do další. K těmto skokům dochází periodicky. Časový interval mezi takovými skoky se nazývá průměrná doba ustáleného života(nebo průměrná doba relaxace) a označuje se písmenem τ. Jinými slovy, doba relaxace je doba oscilací kolem jedné konkrétní rovnovážné polohy. Při pokojové teplotě je tato doba v průměru 10 -11 s. Doba jednoho kmitu je 10 -12 ... 10 -13 s.

Doba sedavého života se s rostoucí teplotou snižuje. Vzdálenost mezi molekulami kapaliny je menší než velikost molekul, částice jsou umístěny blízko sebe a jsou velké. Uspořádání molekul kapaliny však není striktně uspořádáno v celém objemu.

Kapaliny si stejně jako pevné látky zachovávají svůj objem, ale nemají vlastní tvar. Proto přebírají tvar nádoby, ve které se nacházejí. Kapalina má následující vlastnosti: tekutost. Díky této vlastnosti kapalina neodolává změně tvaru, je mírně stlačena a její fyzikální vlastnosti jsou uvnitř kapaliny ve všech směrech stejné (izotropie kapalin). Povahu molekulárního pohybu v kapalinách poprvé stanovil sovětský fyzik Jakov Iljič Frenkel (1894 - 1952).

Pohyb molekul v pevných látkách

Tekutiny. Pohyb molekul v kapalinách.

Kapalina zaujímá mezilehlou polohu ve vlastnostech a struktuře mezi plyny a pevnými krystalickými látkami. Proto má vlastnosti plynných i pevných látek. V teorii molekulární kinetiky jsou různé stavy agregace látky spojeny s různými stupni molekulárního uspořádání. U pevných látek tzv objednávka na dlouhé vzdálenosti v uspořádání částic, tzn. jejich uspořádané uspořádání, opakující se na velké vzdálenosti. V kapalinách se vyskytuje tzv uzavřít objednávku v uspořádání částic, tzn. jejich uspořádané uspořádání, opakující se na vzdálenosti, je srovnatelné s meziatomovými. Při teplotách blízkých teplotě krystalizace se struktura kapaliny blíží pevné látce. Při vysokých teplotách blízkých bodu varu odpovídá struktura kapaliny plynnému skupenství – téměř všechny molekuly se účastní chaotického tepelného pohybu.

Kapaliny, stejně jako pevné látky, mají určitý objem a stejně jako plyny mají tvar nádoby, ve které se nacházejí. Molekuly plynu nejsou prakticky navzájem spojeny silami intermolekulární interakce a v tomto případě je průměrná energie tepelného pohybu molekul plynu mnohem větší než průměrná potenciální energie způsobená přitažlivými silami mezi nimi, takže plyn molekuly se rozlétají v různých směrech a plyn zabírá objem, který je mu poskytnut. V pevných látkách a kapalinách jsou přitažlivé síly mezi molekulami již značné a udržují molekuly v určité vzdálenosti od sebe. V tomto případě je průměrná energie tepelného pohybu molekul menší než průměrná potenciální energie v důsledku sil mezimolekulární interakce a nestačí překonat přitažlivé síly mezi molekulami, proto pevné látky a kapaliny mají určitý objem.

Tlak v kapalinách velmi prudce roste s rostoucí teplotou a zmenšujícím se objemem. Objemová expanze kapalin je mnohem menší než u par a plynů, protože síly spojující molekuly v kapalině jsou významnější; stejná poznámka platí pro tepelnou roztažnost.

Tepelné kapacity kapalin se obvykle zvyšují s teplotou (i když jen nepatrně). Poměr Ср/СV se prakticky rovná jednotce.

Teorie kapalin ještě není plně rozvinuta. Vývoj řady problémů při studiu komplexních vlastností kapalin patří Ya.I. Frenkel (1894–1952). Tepelný pohyb v kapalině vysvětlil tak, že každá molekula nějakou dobu kmitá kolem určité rovnovážné polohy, načež se náhle přesune do nové polohy, oddělené od původní ve vzdálenosti řádu meziatomového. Molekuly kapaliny se tedy pohybují spíše pomalu v celé hmotě kapaliny. S rostoucí teplotou kapaliny se prudce zvyšuje frekvence vibračního pohybu a zvyšuje se pohyblivost molekul.

Na základě Frenkelova modelu je možné některé vysvětlit charakteristické rysy vlastnosti kapaliny. Kapaliny tedy i v blízkosti kritické teploty mají mnohem větší viskozita než plyny a viskozita s rostoucí teplotou klesá (a neroste jako u plynů). To je vysvětleno odlišnou povahou procesu přenosu hybnosti: je přenášen molekulami provádějícími skok z jednoho rovnovážného stavu do druhého a tyto skoky jsou výrazně častější se zvyšující se teplotou. Difúze v kapalinách se vyskytuje pouze v důsledku molekulárních skoků a vyskytuje se mnohem pomaleji než v plynech. Tepelná vodivost kapalin je způsobena výměnou kinetické energie mezi částicemi kmitajícími kolem svých rovnovážných poloh s různými amplitudami; náhlé skoky molekul nehrají nápadnou roli. Mechanismus tepelné vodivosti je podobný jeho mechanismu v plynech. Charakteristickým znakem kapaliny je její schopnost mít volný povrch(není omezeno pevnými stěnami).