Μοντέλα δομής αερίων, υγρών και στερεών
Όλες οι ουσίες μπορούν να υπάρχουν σε τρεις καταστάσεις συνάθροισης.
Αέριο – κατάσταση συνάθροισης, στην οποία η ουσία δεν έχει καθορισμένο όγκο και σχήμα. Στα αέρια, τα σωματίδια μιας ουσίας απομακρύνονται σε αποστάσεις που υπερβαίνουν σημαντικά το μέγεθος των σωματιδίων. Οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων είναι μικρές και δεν μπορούν να τα συγκρατήσουν το ένα κοντά στο άλλο. Η δυναμική ενέργεια της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων θεωρείται ίση με μηδέν, δηλαδή είναι πολύ μικρότερη από την κινητική ενέργεια της κίνησης των σωματιδίων. Τα σωματίδια διασκορπίζονται τυχαία, καταλαμβάνοντας ολόκληρο τον όγκο του δοχείου στο οποίο βρίσκεται το αέριο. Οι τροχιές των σωματιδίων αερίου είναι σπασμένες γραμμές(από τη μια κρούση στην άλλη το σωματίδιο κινείται ομοιόμορφα και ευθύγραμμα). Τα αέρια συμπιέζονται εύκολα.
Υγρό- μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία μια ουσία έχει ορισμένο όγκο, αλλά δεν διατηρεί το σχήμα της. Στα υγρά, οι αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων είναι συγκρίσιμες με τα μεγέθη των σωματιδίων, επομένως οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων στα υγρά είναι μεγάλες. Η δυναμική ενέργεια της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων είναι συγκρίσιμη με την κινητική τους ενέργεια. Αλλά αυτό δεν αρκεί για μια διατεταγμένη διάταξη σωματιδίων. Στα υγρά παρατηρείται μόνο ο αμοιβαίος προσανατολισμός των γειτονικών σωματιδίων. Τα σωματίδια των υγρών εκτελούν χαοτικές ταλαντώσεις γύρω από ορισμένες θέσεις ισορροπίας και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα αλλάζουν θέσεις με τους γείτονές τους. Αυτά τα άλματα εξηγούν τη ρευστότητα των υγρών.
Στερεός– κατάσταση συσσωμάτωσης κατά την οποία μια ουσία έχει ορισμένο όγκο και διατηρεί το σχήμα της. Στα στερεά, οι αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων είναι συγκρίσιμες με τα μεγέθη των σωματιδίων, αλλά μικρότερες από ό,τι στα υγρά, επομένως οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων είναι τεράστιες, γεγονός που επιτρέπει στην ουσία να διατηρεί το σχήμα της. Η δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης των σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από την κινητική τους ενέργεια, επομένως στα στερεά υπάρχει μια διατεταγμένη διάταξη σωματιδίων, που ονομάζεται κρυσταλλικό πλέγμα. Τα σωματίδια των στερεών υφίστανται χαοτικές ταλαντώσεις γύρω από τη θέση ισορροπίας (κόμβος κρυσταλλικού πλέγματος) και πολύ σπάνια αλλάζουν θέσεις με τους γείτονές τους. Οι κρύσταλλοι έχουν χαρακτηριστική ιδιότητα– ανισοτροπία – η εξάρτηση των φυσικών ιδιοτήτων από την επιλογή της κατεύθυνσης στον κρύσταλλο.
Η δομή των αερίων, υγρών και στερεά.
Βασικές αρχές της μοριακής κινητικής θεωρίας:
Όλες οι ουσίες αποτελούνται από μόρια και τα μόρια αποτελούνται από άτομα,
τα άτομα και τα μόρια βρίσκονται σε συνεχή κίνηση,
Υπάρχουν δυνάμεις έλξης και απώθησης μεταξύ των μορίων.
ΣΕ αέριατα μόρια κινούνται χαοτικά, οι αποστάσεις μεταξύ των μορίων είναι μεγάλες, οι μοριακές δυνάμεις μικρές, το αέριο καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο που του παρέχεται.
ΣΕ υγράΤα μόρια διατάσσονται με τάξη μόνο σε μικρές αποστάσεις και σε μεγάλες αποστάσεις παραβιάζεται η σειρά (συμμετρία) της διάταξης - "τάξη μικρής εμβέλειας". Οι δυνάμεις της μοριακής έλξης κρατούν τα μόρια κοντά μεταξύ τους. Η κίνηση των μορίων «πηδά» από τη μια σταθερή θέση στην άλλη (συνήθως μέσα σε ένα στρώμα. Αυτή η κίνηση εξηγεί τη ρευστότητα ενός υγρού. Ένα υγρό δεν έχει σχήμα, αλλά έχει όγκο.
Τα στερεά είναι ουσίες που διατηρούν το σχήμα τους, χωρίζονται σε κρυσταλλικά και άμορφα. Κρυσταλλικά στερεάΤα σώματα έχουν ένα κρυσταλλικό πλέγμα, στους κόμβους του οποίου μπορεί να υπάρχουν ιόντα, μόρια ή άτομα Ταλαντώνονται σε σχέση με σταθερές θέσεις ισορροπίας.
Άμορφα σώματαδιατηρούν το σχήμα τους, αλλά δεν έχουν κρυσταλλικό πλέγμα και, ως αποτέλεσμα, δεν έχουν έντονο σημείο τήξης. Ονομάζονται κατεψυγμένα υγρά, καθώς, όπως και τα υγρά, έχουν τάξη μοριακής διάταξης «μικρής εμβέλειας».
Δυνάμεις μοριακής αλληλεπίδρασης
Όλα τα μόρια μιας ουσίας αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω δυνάμεων έλξης και απώθησης. Στοιχεία της αλληλεπίδρασης μορίων: το φαινόμενο της διαβροχής, της αντίστασης σε συμπίεση και τάση, χαμηλή συμπιεστότητα στερεών και αερίων κ.λπ. Ο λόγος για την αλληλεπίδραση των μορίων είναι οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις φορτισμένων σωματιδίων σε μια ουσία. Πώς να το εξηγήσετε αυτό; Ένα άτομο αποτελείται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα και ένα αρνητικά φορτισμένο κέλυφος ηλεκτρονίων. Το φορτίο του πυρήνα είναι ίσο με το συνολικό φορτίο όλων των ηλεκτρονίων, επομένως το άτομο ως σύνολο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Ένα μόριο που αποτελείται από ένα ή περισσότερα άτομα είναι επίσης ηλεκτρικά ουδέτερο. Ας εξετάσουμε την αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων χρησιμοποιώντας το παράδειγμα δύο ακίνητων μορίων. Βαρυτικές και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις μπορεί να υπάρχουν μεταξύ σωμάτων στη φύση. Δεδομένου ότι οι μάζες των μορίων είναι εξαιρετικά μικρές, αμελητέες δυνάμεις βαρυτικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων μπορούν να αγνοηθούν. Σε πολύ μεγάλες αποστάσεις επίσης δεν υπάρχει ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων. Όμως, καθώς η απόσταση μεταξύ των μορίων μειώνεται, τα μόρια αρχίζουν να προσανατολίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε οι πλευρές τους απέναντι να έχουν φορτία διαφορετικών σημείων (γενικά τα μόρια παραμένουν ουδέτερα) και οι ελκτικές δυνάμεις προκύπτουν μεταξύ των μορίων. Με μια ακόμη μεγαλύτερη μείωση της απόστασης μεταξύ των μορίων, οι απωστικές δυνάμεις προκύπτουν ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων κελύφους των ατόμων των μορίων. Ως αποτέλεσμα, το μόριο ενεργείται από το άθροισμα των δυνάμεων έλξης και απώθησης. Σε μεγάλες αποστάσεις κυριαρχεί η δύναμη έλξης (σε απόσταση 2-3 διαμέτρων του μορίου, η έλξη είναι μέγιστη), σε μικρές αποστάσεις επικρατεί η δύναμη της απώθησης. Υπάρχει μια απόσταση μεταξύ των μορίων στην οποία οι ελκτικές δυνάμεις γίνονται ίσες με τις απωστικές δυνάμεις. Αυτή η θέση των μορίων ονομάζεται θέση σταθερής ισορροπίας. Τα μόρια που βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους και συνδέονται με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις έχουν δυναμική ενέργεια. Σε μια σταθερή θέση ισορροπίας, η δυναμική ενέργεια των μορίων είναι ελάχιστη. Σε μια ουσία, κάθε μόριο αλληλεπιδρά ταυτόχρονα με πολλά γειτονικά μόρια, γεγονός που επηρεάζει επίσης την τιμή της ελάχιστης δυναμικής ενέργειας των μορίων. Επιπλέον, όλα τα μόρια μιας ουσίας βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, δηλ. έχουν κινητική ενέργεια. Έτσι, η δομή μιας ουσίας και οι ιδιότητές της (στερεά, υγρά και αέρια σώματα) καθορίζονται από τη σχέση μεταξύ της ελάχιστης δυναμικής ενέργειας αλληλεπίδρασης των μορίων και του αποθέματος κινητικής ενέργειας της θερμικής κίνησης των μορίων.
Δομή και ιδιότητες στερεών, υγρών και αερίων σωμάτων
Η δομή των σωμάτων εξηγείται από την αλληλεπίδραση των σωματιδίων του σώματος και τη φύση της θερμικής τους κίνησης.
Στερεός
Τα στερεά έχουν σταθερό σχήμα και όγκο και είναι πρακτικά ασυμπίεστα. Η ελάχιστη δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων είναι μεγαλύτερη από την κινητική ενέργεια των μορίων. Ισχυρή αλληλεπίδραση σωματιδίων. Η θερμική κίνηση των μορίων σε ένα στερεό εκφράζεται μόνο με δονήσεις σωματιδίων (άτομα, μόρια) γύρω από μια σταθερή θέση ισορροπίας.
Λόγω των μεγάλων δυνάμεων έλξης, τα μόρια πρακτικά δεν μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους στην ύλη, αυτό εξηγεί το αμετάβλητο του όγκου και του σχήματος των στερεών. Τα περισσότερα στερεά έχουν μια χωρικά διατεταγμένη διάταξη σωματιδίων που σχηματίζουν ένα κανονικό κρυσταλλικό πλέγμα. Σωματίδια ύλης (άτομα, μόρια, ιόντα) βρίσκονται στις κορυφές - κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος. Οι κόμβοι του κρυσταλλικού πλέγματος συμπίπτουν με τη θέση της σταθερής ισορροπίας των σωματιδίων. Τέτοια στερεά ονομάζονται κρυσταλλικά.
Υγρό
Τα υγρά έχουν ορισμένο όγκο, αλλά δεν έχουν το δικό τους σχήμα, παίρνουν το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκονται. Η ελάχιστη δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων είναι συγκρίσιμη με την κινητική ενέργεια των μορίων. Ασθενής αλληλεπίδραση σωματιδίων. Η θερμική κίνηση των μορίων σε ένα υγρό εκφράζεται με δονήσεις γύρω από μια σταθερή θέση ισορροπίας εντός του όγκου που παρέχεται στο μόριο από τους γείτονές του. Τα μόρια δεν μπορούν να κινηθούν ελεύθερα σε ολόκληρο τον όγκο μιας ουσίας, αλλά είναι δυνατές οι μεταβάσεις των μορίων σε γειτονικά μέρη. Αυτό εξηγεί τη ρευστότητα του υγρού και την ικανότητα αλλαγής του σχήματός του.
Στα υγρά, τα μόρια είναι αρκετά σταθερά συνδεδεμένα μεταξύ τους με δυνάμεις έλξης, γεγονός που εξηγεί την αμετάβλητη του όγκου του υγρού. Σε ένα υγρό, η απόσταση μεταξύ των μορίων είναι περίπου ίση με τη διάμετρο του μορίου. Όταν η απόσταση μεταξύ των μορίων μειώνεται (συμπίεση του υγρού), οι απωστικές δυνάμεις αυξάνονται απότομα, οπότε τα υγρά είναι ασυμπίεστα. Ως προς τη δομή τους και τη φύση της θερμικής κίνησης, τα υγρά καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ στερεών και αερίων. Αν και η διαφορά μεταξύ υγρού και αερίου είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι μεταξύ υγρού και στερεού. Για παράδειγμα, κατά την τήξη ή την κρυστάλλωση, ο όγκος ενός σώματος αλλάζει πολλές φορές λιγότερο από ό,τι κατά την εξάτμιση ή τη συμπύκνωση.
Τα αέρια δεν έχουν σταθερό όγκο και καταλαμβάνουν όλο τον όγκο του δοχείου στο οποίο βρίσκονται. Η ελάχιστη δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων είναι μικρότερη από την κινητική ενέργεια των μορίων. Τα σωματίδια της ύλης πρακτικά δεν αλληλεπιδρούν. Τα αέρια χαρακτηρίζονται από πλήρη διαταραχή στη διάταξη και την κίνηση των μορίων.
Η απόσταση μεταξύ των μορίων του αερίου είναι πολλαπλάσια περισσότερα μεγέθημόρια. Οι μικρές ελκτικές δυνάμεις δεν μπορούν να κρατήσουν τα μόρια κοντά το ένα στο άλλο, έτσι τα αέρια μπορούν να διαστέλλονται χωρίς όρια. Τα αέρια συμπιέζονται εύκολα υπό την επίδραση της εξωτερικής πίεσης, επειδή οι αποστάσεις μεταξύ των μορίων είναι μεγάλες και οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης είναι αμελητέες. Η πίεση αερίου στα τοιχώματα του δοχείου δημιουργείται από τις κρούσεις των κινούμενων μορίων αερίου.
>>Φυσική: Δομή αερίων, υγρών και στερεών σωμάτων
Η θεωρία της μοριακής κινητικής καθιστά δυνατή την κατανόηση του γιατί μια ουσία μπορεί να υπάρχει σε αέρια, υγρή και στερεή κατάσταση.
Αέρια.Στα αέρια, η απόσταση μεταξύ των ατόμων ή των μορίων είναι κατά μέσο όρο πολλές φορές μεγαλύτερη από το μέγεθος των ίδιων των μορίων ( Εικ.8.5). Για παράδειγμα, σε ατμοσφαιρική πίεση ο όγκος ενός δοχείου είναι δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερος από τον όγκο των μορίων σε αυτό.
Τα αέρια συμπιέζονται εύκολα και η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων μειώνεται, αλλά το σχήμα του μορίου δεν αλλάζει ( Εικ.8.6).
Τα μόρια κινούνται με τεράστιες ταχύτητες - εκατοντάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο - στο διάστημα. Όταν συγκρούονται, αναπηδούν ο ένας από τον άλλο προς διαφορετικές κατευθύνσεις σαν μπάλες μπιλιάρδου. Οι ασθενείς ελκτικές δυνάμεις των μορίων αερίου δεν είναι σε θέση να τα συγκρατήσουν το ένα κοντά στο άλλο. Να γιατί τα αέρια μπορούν να διαστέλλονται απεριόριστα. Δεν διατηρούν ούτε σχήμα ούτε όγκο.
Πολυάριθμες κρούσεις μορίων στα τοιχώματα του δοχείου δημιουργούν πίεση αερίου.
Υγρά. Τα μόρια του υγρού βρίσκονται σχεδόν κοντά το ένα στο άλλο ( Εικ.8.7), επομένως ένα μόριο υγρού συμπεριφέρεται διαφορετικά από ένα μόριο αερίου. Στα υγρά, υπάρχει η λεγόμενη τάξη μικρής εμβέλειας, δηλαδή, η διατεταγμένη διάταξη των μορίων διατηρείται σε αποστάσεις ίσες με πολλές μοριακές διαμέτρους. Ένα μόριο ταλαντώνεται γύρω από τη θέση ισορροπίας του συγκρούοντας με γειτονικά μόρια. Μόνο από καιρό σε καιρό κάνει άλλο ένα «άλμα», καταλήγοντας σε νέα θέση ισορροπίας. Σε αυτή τη θέση ισορροπίας, η απωστική δύναμη είναι ίση με την ελκτική δύναμη, δηλαδή η συνολική δύναμη αλληλεπίδρασης του μορίου είναι μηδέν. χρόνος τακτοποιημένη ζωήτα μόρια του νερού, δηλαδή ο χρόνος των δονήσεων του γύρω από μια συγκεκριμένη θέση ισορροπίας σε θερμοκρασία δωματίου, είναι κατά μέσο όρο 10 -11 s. Ο χρόνος μιας ταλάντωσης είναι πολύ μικρότερος (10 -12 -10 -13 s). Με την αύξηση της θερμοκρασίας, ο χρόνος παραμονής των μορίων μειώνεται.
Η φύση της μοριακής κίνησης στα υγρά, που καθιερώθηκε για πρώτη φορά από τον Σοβιετικό φυσικό Ya.I Frenkel, μας επιτρέπει να κατανοήσουμε τις βασικές ιδιότητες των υγρών.
Τα υγρά μόρια βρίσκονται ακριβώς το ένα δίπλα στο άλλο. Καθώς ο όγκος μειώνεται, οι απωστικές δυνάμεις γίνονται πολύ μεγάλες. Αυτό εξηγεί χαμηλή συμπιεστότητα υγρών.
Ως γνωστόν, τα υγρά είναι ρευστά, δηλαδή δεν διατηρούν το σχήμα τους. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί με αυτόν τον τρόπο. Η εξωτερική δύναμη δεν αλλάζει αισθητά τον αριθμό των μοριακών αλμάτων ανά δευτερόλεπτο. Αλλά τα άλματα μορίων από τη μια στατική θέση στην άλλη συμβαίνουν κυρίως προς την κατεύθυνση της δράσης εξωτερική δύναμη (Εικ.8.8). Αυτός είναι ο λόγος που το υγρό ρέει και παίρνει το σχήμα του δοχείου.
Υπάρχει μια άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ υγρών και στερεών. Ένα υγρό μπορεί να συγκριθεί με ένα πλήθος ανθρώπων, όπου μεμονωμένα άτομα κινούνται ανήσυχα στη θέση τους, και ένα συμπαγές σώμα είναι σαν μια λεπτή ομάδα των ίδιων ατόμων που, αν και δεν στέκονται προσοχή, διατηρούν κατά μέσο όρο ορισμένες αποστάσεις μεταξύ τους . Εάν συνδέσετε τα κέντρα των θέσεων ισορροπίας των ατόμων ή των ιόντων ενός στερεού σώματος, θα έχετε ένα κανονικό χωρικό πλέγμα που ονομάζεται κρυστάλλινος.
Τα σχήματα 8.9 και 8.10 δείχνουν τα κρυσταλλικά πλέγματα από επιτραπέζιο αλάτι και διαμάντι. Η εσωτερική τάξη στη διάταξη των ατόμων στους κρυστάλλους οδηγεί σε κανονικά εξωτερικά γεωμετρικά σχήματα.
Το σχήμα 8.11 δείχνει τα διαμάντια Yakut.
Το αέριο έχει απόσταση μεγάλομεταξύ των μορίων είναι πολύ μεγαλύτερο από το μέγεθος των μορίων r 0:" l>>r 0
.
Σε υγρά και στερεά l≈r 0. Τα μόρια ενός υγρού είναι διατεταγμένα σε αταξία και από καιρό σε καιρό πηδούν από τη μια καθιζημένη θέση στην άλλη.
Τα κρυσταλλικά στερεά έχουν μόρια (ή άτομα) διατεταγμένα με αυστηρά διατεταγμένο τρόπο.
???
1. Το αέριο είναι ικανό για απεριόριστη διαστολή. Γιατί η Γη έχει ατμόσφαιρα;
2. Πώς διαφέρουν οι τροχιές των μορίων του αερίου, του υγρού και του στερεού; Σχεδιάστε κατά προσέγγιση τροχιές μορίων ουσιών σε αυτές τις καταστάσεις.
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Φυσική 10η τάξη
Περιεχόμενο μαθήματος σημειώσεις μαθήματοςυποστήριξη μεθόδων επιτάχυνσης παρουσίασης μαθήματος διαδραστικές τεχνολογίες Πρακτική εργασίες και ασκήσεις αυτοδιαγνωστικά εργαστήρια, προπονήσεις, περιπτώσεις, αποστολές ερωτήσεις συζήτησης εργασιών για το σπίτι ρητορικές ερωτήσεις από μαθητές εικονογραφήσεις ήχου, βίντεο κλιπ και πολυμέσαφωτογραφίες, εικόνες, γραφικά, πίνακες, διαγράμματα, χιούμορ, ανέκδοτα, ανέκδοτα, κόμικς, παραβολές, ρήσεις, σταυρόλεξα, αποσπάσματα Πρόσθετα περιλήψειςάρθρα κόλπα για την περίεργη κούνια σχολικά βιβλία βασικά και επιπλέον λεξικό όρων άλλα Βελτίωση σχολικών βιβλίων και μαθημάτωνδιόρθωση λαθών στο σχολικό βιβλίοενημέρωση ενός τμήματος σε ένα σχολικό βιβλίο, στοιχεία καινοτομίας στο μάθημα, αντικατάσταση ξεπερασμένων γνώσεων με νέες Μόνο για δασκάλους τέλεια μαθήματα ημερολογιακό σχέδιογια έναν χρόνο Κατευθυντήριες γραμμέςπρογράμματα συζήτησης Ολοκληρωμένα ΜαθήματαΕάν έχετε διορθώσεις ή προτάσεις για αυτό το μάθημα,
Όλη η μη ζωντανή ύλη αποτελείται από σωματίδια που μπορεί να συμπεριφέρονται διαφορετικά. Η δομή των αέριων, υγρών και στερεών σωμάτων έχει τα δικά της χαρακτηριστικά. Τα σωματίδια στα στερεά συγκρατούνται μεταξύ τους επειδή είναι πολύ κοντά μεταξύ τους, γεγονός που τα καθιστά πολύ ισχυρά. Επιπλέον, μπορούν να διατηρήσουν ένα συγκεκριμένο σχήμα, αφού τα μικρότερα σωματίδια τους πρακτικά δεν κινούνται, αλλά μόνο δονούνται. Τα μόρια στα υγρά είναι αρκετά κοντά το ένα στο άλλο, αλλά μπορούν να κινούνται ελεύθερα, έτσι δική του μορφήδεν έχουν. Τα σωματίδια στα αέρια κινούνται πολύ γρήγορα και συνήθως υπάρχει πολύς χώρος γύρω τους, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν εύκολα να συμπιεστούν.
Ιδιότητες και δομή στερεών
Ποια είναι η δομή και τα δομικά χαρακτηριστικά των στερεών; Αποτελούνται από σωματίδια που βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Δεν μπορούν να κινηθούν και επομένως το σχήμα τους παραμένει σταθερό. Ποιες είναι οι ιδιότητες ενός στερεού; Δεν συμπιέζεται, αλλά αν θερμανθεί, ο όγκος του θα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό συμβαίνει επειδή τα σωματίδια αρχίζουν να δονούνται και να κινούνται, προκαλώντας μείωση της πυκνότητας.
Ένα από τα χαρακτηριστικά των στερεών είναι ότι έχουν σταθερό σχήμα. Όταν ένα στερεό θερμαίνεται, η κίνηση των σωματιδίων αυξάνεται. Τα πιο γρήγορα κινούμενα σωματίδια συγκρούονται πιο βίαια, αναγκάζοντας κάθε σωματίδιο να σπρώξει τους γείτονές του. Επομένως, μια αύξηση της θερμοκρασίας συνήθως οδηγεί σε αύξηση της δύναμης του σώματος.
Κρυσταλλική δομή στερεών
Οι διαμοριακές δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ γειτονικών μορίων ενός στερεού είναι αρκετά ισχυρές ώστε να τα κρατούν σε σταθερή θέση. Εάν αυτά τα μικρότερα σωματίδια βρίσκονται σε μια πολύ διατεταγμένη διαμόρφωση, τότε τέτοιες δομές συνήθως ονομάζονται κρυσταλλικές. Τα ζητήματα της εσωτερικής τάξης των σωματιδίων (άτομα, ιόντα, μόρια) ενός στοιχείου ή ένωσης αντιμετωπίζονται από μια ειδική επιστήμη - την κρυσταλλογραφία.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν και τα στερεά. Μελετώντας τη συμπεριφορά των σωματιδίων και τον τρόπο δομής τους, οι χημικοί μπορούν να εξηγήσουν και να προβλέψουν πώς ορισμένοι τύποιτα υλικά θα συμπεριφέρονται υπό ορισμένες συνθήκες. Τα μικρότερα σωματίδια ενός στερεού είναι διατεταγμένα σε ένα πλέγμα. Αυτή είναι η λεγόμενη τακτική διάταξη των σωματιδίων, όπου διάφορα χημικοί δεσμοίμεταξυ τους.
Η θεωρία ζωνών της δομής ενός στερεού σώματος το θεωρεί ως μια συλλογή ατόμων, καθένα από τα οποία, με τη σειρά του, αποτελείται από έναν πυρήνα και ηλεκτρόνια. Στην κρυσταλλική δομή, οι πυρήνες των ατόμων βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος, το οποίο χαρακτηρίζεται από μια ορισμένη χωρική περιοδικότητα.
Ποια είναι η δομή ενός υγρού;
Η δομή των στερεών και των υγρών είναι παρόμοια στο ότι τα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται βρίσκονται σε κοντινή απόσταση. Η διαφορά είναι ότι τα μόρια κινούνται ελεύθερα, αφού η δύναμη έλξης μεταξύ τους είναι πολύ πιο αδύναμη από ότι σε ένα στερεό σώμα.
Τι ιδιότητες έχει το υγρό; Το πρώτο είναι η ρευστότητα και το δεύτερο είναι ότι το υγρό θα πάρει το σχήμα του δοχείου στο οποίο είναι τοποθετημένο. Αν το ζεστάνετε, η ένταση θα αυξηθεί. Λόγω της στενής εγγύτητας των σωματιδίων μεταξύ τους, το υγρό δεν μπορεί να συμπιεστεί.
Ποια είναι η δομή και η δομή των αέριων σωμάτων;
Τα σωματίδια αερίου είναι διατεταγμένα τυχαία, είναι τόσο μακριά το ένα από το άλλο που δεν μπορεί να προκύψει ελκτική δύναμη μεταξύ τους. Ποιες ιδιότητες έχει το αέριο και ποια είναι η δομή των αέριων σωμάτων; Κατά κανόνα, το αέριο γεμίζει ομοιόμορφα ολόκληρο τον χώρο στον οποίο τοποθετήθηκε. Συμπιέζεται εύκολα. Η ταχύτητα των σωματιδίων ενός αέριου σώματος αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ταυτόχρονα, η πίεση αυξάνεται επίσης.
Η δομή των αέριων, υγρών και στερεών σωμάτων χαρακτηρίζεται από διαφορετικές αποστάσεις μεταξύ των μικρότερων σωματιδίων αυτών των ουσιών. Τα σωματίδια αερίου απέχουν πολύ περισσότερο από τα στερεά ή τα υγρά σωματίδια. Στον αέρα, για παράδειγμα, η μέση απόσταση μεταξύ των σωματιδίων είναι περίπου δέκα φορές η διάμετρος κάθε σωματιδίου. Έτσι, ο όγκος των μορίων καταλαμβάνει μόνο περίπου το 0,1% του συνολικού όγκου. Το υπόλοιπο 99,9% είναι κενός χώρος. Αντίθετα, τα υγρά σωματίδια γεμίζουν περίπου το 70% του συνολικού όγκου του υγρού.
Κάθε σωματίδιο αερίου κινείται ελεύθερα σε μια ευθεία διαδρομή μέχρι να συγκρουστεί με ένα άλλο σωματίδιο (αέριο, υγρό ή στερεό). Τα σωματίδια συνήθως κινούνται αρκετά γρήγορα και αφού δύο από αυτά συγκρούονται, αναπηδούν το ένα από το άλλο και συνεχίζουν το δρόμο τους μόνα τους. Αυτές οι συγκρούσεις αλλάζουν κατεύθυνση και ταχύτητα. Αυτές οι ιδιότητες των σωματιδίων αερίου επιτρέπουν στα αέρια να διαστέλλονται για να γεμίσουν οποιοδήποτε σχήμα ή όγκο.
Αλλαγή κράτους
Η δομή των αέριων, υγρών και στερεών σωμάτων μπορεί να αλλάξει εάν εκτεθούν σε κάποια εξωτερική επίδραση. Μπορούν ακόμη και να μεταμορφωθούν ο ένας στην κατάσταση του άλλου υπό ορισμένες συνθήκες, όπως κατά τη θέρμανση ή την ψύξη.
- Εξάτμιση. Η δομή και οι ιδιότητες των υγρών σωμάτων τους επιτρέπουν, υπό ορισμένες συνθήκες, να μετατραπούν σε μια εντελώς διαφορετική φυσική κατάσταση. Για παράδειγμα, εάν χύσετε κατά λάθος βενζίνη ενώ ανεφοδιάζετε το αυτοκίνητό σας, μπορείτε γρήγορα να παρατηρήσετε την έντονη μυρωδιά του. Πώς συμβαίνει αυτό; Τα σωματίδια κινούνται σε όλο το υγρό, φτάνοντας τελικά στην επιφάνεια. Η κατευθυνόμενη κίνησή τους μπορεί να μεταφέρει αυτά τα μόρια πέρα από την επιφάνεια στον χώρο πάνω από το υγρό, αλλά η βαρύτητα θα τα τραβήξει πίσω. Από την άλλη πλευρά, εάν ένα σωματίδιο κινηθεί πολύ γρήγορα, μπορεί να διαχωριστεί από τα άλλα σε μεγάλη απόσταση. Έτσι, με την αύξηση της ταχύτητας των σωματιδίων, που συνήθως συμβαίνει όταν θερμαίνονται, συμβαίνει η διαδικασία της εξάτμισης, δηλαδή η μετατροπή του υγρού σε αέριο.
Συμπεριφορά σωμάτων σε διαφορετικές φυσικές καταστάσεις
Η δομή των αερίων, υγρών και στερεών οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι όλες αυτές οι ουσίες αποτελούνται από άτομα, μόρια ή ιόντα, αλλά η συμπεριφορά αυτών των σωματιδίων μπορεί να είναι εντελώς διαφορετική. Τα σωματίδια αερίου απέχουν τυχαία μεταξύ τους, τα υγρά μόρια είναι κοντά το ένα στο άλλο, αλλά δεν είναι τόσο άκαμπτα δομημένα όσο σε ένα στερεό. Τα σωματίδια αερίου δονούνται και κινούνται με υψηλές ταχύτητες. Τα άτομα και τα μόρια ενός υγρού δονούνται, κινούνται και γλιστρούν το ένα δίπλα στο άλλο. Τα σωματίδια ενός στερεού σώματος μπορούν επίσης να δονούνται, αλλά η κίνηση αυτή καθαυτή δεν είναι χαρακτηριστική τους.
Χαρακτηριστικά της εσωτερικής δομής
Για να κατανοήσετε τη συμπεριφορά της ύλης, πρέπει πρώτα να μελετήσετε τα χαρακτηριστικά της εσωτερικής της δομής. Ποιες είναι οι εσωτερικές διαφορές μεταξύ του γρανίτη, του ελαιολάδου και του ηλίου μπαλόνι? Ένα απλό μοντέλο της δομής της ύλης θα βοηθήσει να απαντηθεί αυτή η ερώτηση.
Ένα μοντέλο είναι μια απλοποιημένη εκδοχή ενός πραγματικού αντικειμένου ή ουσίας. Για παράδειγμα, πριν ξεκινήσει η πραγματική κατασκευή, οι αρχιτέκτονες κατασκευάζουν πρώτα ένα μοντέλο του κατασκευαστικού έργου. Ένα τέτοιο απλοποιημένο μοντέλο δεν συνεπάγεται απαραίτητα μια ακριβή περιγραφή, αλλά ταυτόχρονα μπορεί να δώσει μια κατά προσέγγιση ιδέα για το πώς θα είναι μια συγκεκριμένη δομή.
Απλοποιημένα μοντέλα
Στην επιστήμη, ωστόσο, τα μοντέλα δεν είναι πάντα φυσικά σώματα. Πίσω προηγούμενος αιώναςέχει σημειωθεί σημαντική αύξηση στην ανθρώπινη κατανόηση σχετικά με φυσικό κόσμο. Ωστόσο, μεγάλο μέρος της συσσωρευμένης γνώσης και εμπειρίας βασίζεται σε εξαιρετικά σύνθετες έννοιες, όπως μαθηματικούς, χημικούς και φυσικούς τύπους.
Για να τα κατανοήσετε όλα αυτά, πρέπει να είστε πολύ καλά γνώστες αυτών των ακριβών και πολύπλοκων επιστημών. Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει απλουστευμένα μοντέλα για την οπτικοποίηση, την εξήγηση και την πρόβλεψη φυσικών φαινομένων. Όλα αυτά απλοποιούν πολύ την κατανόηση του γιατί ορισμένα σώματα έχουν σταθερό σχήμα και όγκο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, ενώ άλλα μπορούν να τα αλλάξουν κ.λπ.
Όλη η ύλη αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια βρίσκονται μέσα συνεχής κίνηση. Το μέγεθος της κίνησης σχετίζεται με τη θερμοκρασία. Μια αυξημένη θερμοκρασία υποδηλώνει αύξηση της ταχύτητας κίνησης. Η δομή των αέριων, υγρών και στερεών σωμάτων διακρίνεται από την ελευθερία κινήσεων των σωματιδίων τους, καθώς και από το πόσο έντονα έλκονται τα σωματίδια μεταξύ τους. Τα σωματικά εξαρτώνται από τη φυσική του κατάσταση. Οι υδρατμοί, το υγρό νερό και ο πάγος έχουν το ίδιο Χημικές ιδιότητες, αλλά τους φυσικές ιδιότητεςδιαφέρουν σημαντικά.
1. Μοντέλο δομής υγρών. Κορεσμένα και ακόρεστα ζεύγη. εξάρτηση της πίεσης κορεσμένων ατμών από τη θερμοκρασία. βρασμός. Υγρασία αέρα; σημείο δρόσου, υγρόμετρο, ψυχόμετρο.
Εξάτμιση - εξάτμιση που συμβαίνει σε οποιαδήποτε θερμοκρασία από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Κατά τη θερμική κίνηση σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, η κινητική ενέργεια των υγρών μορίων δεν υπερβαίνει σημαντικά τη δυναμική ενέργεια της σύνδεσής τους με άλλα μόρια. Η εξάτμιση συνοδεύεται από ψύξη του υγρού. Ο ρυθμός εξάτμισης εξαρτάται από: την ανοιχτή επιφάνεια, τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση των μορίων κοντά στο υγρό.
Συμπύκνωση- η διαδικασία μετάβασης μιας ουσίας από αέρια σε υγρή κατάσταση.
Η εξάτμιση ενός υγρού σε ένα κλειστό δοχείο σε σταθερή θερμοκρασία οδηγεί σε σταδιακή αύξηση της συγκέντρωσης των μορίων της εξατμισόμενης ουσίας σε αέρια κατάσταση. Λίγο καιρό μετά την έναρξη της εξάτμισης, η συγκέντρωση της ουσίας σε αέρια κατάσταση θα φτάσει σε μια τιμή στην οποία ο αριθμός των μορίων που επιστρέφουν στο υγρό γίνεται ίσο με τον αριθμόμόρια που φεύγουν από το υγρό την ίδια στιγμή. Εγκατεστημένο δυναμική ισορροπίαμεταξύ των διαδικασιών εξάτμισης και συμπύκνωσης της ύλης.
Μια ουσία σε αέρια κατάσταση που βρίσκεται σε δυναμική ισορροπίαμε υγρό λέγεται κορεσμένο ατμό. (Ο ατμός είναι η συλλογή μορίων που αφήνουν το υγρό κατά τη διαδικασία της εξάτμισης.) Ο ατμός σε πίεση κάτω από το κορεσμένο ονομάζεται ακόρεστος.
Λόγω της συνεχούς εξάτμισης του νερού από τις επιφάνειες των δεξαμενών, του εδάφους και της βλάστησης, καθώς και της αναπνοής ανθρώπων και ζώων, η ατμόσφαιρα περιέχει πάντα υδρατμούς. Επομένως, η ατμοσφαιρική πίεση είναι το άθροισμα της πίεσης του ξηρού αέρα και των υδρατμών που περιέχονται σε αυτόν. Η πίεση υδρατμών θα είναι μέγιστη όταν ο αέρας είναι κορεσμένος με ατμό. Ο κορεσμένος ατμός, σε αντίθεση με τον ακόρεστο ατμό, δεν υπακούει στους νόμους ενός ιδανικού αερίου. Έτσι, η πίεση των κορεσμένων ατμών δεν εξαρτάται από τον όγκο, αλλά από τη θερμοκρασία. Αυτή η εξάρτηση δεν μπορεί να εκφραστεί με έναν απλό τύπο, επομένως, με βάση μια πειραματική μελέτη της εξάρτησης της πίεσης κορεσμένων ατμών από τη θερμοκρασία, έχουν συνταχθεί πίνακες από τους οποίους μπορεί να προσδιοριστεί η πίεσή της σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Η πίεση των υδρατμών στον αέρα σε μια δεδομένη θερμοκρασία ονομάζεται απόλυτη υγρασία. Δεδομένου ότι η πίεση των ατμών είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση των μορίων, η απόλυτη υγρασία μπορεί να οριστεί ως η πυκνότητα των υδρατμών που υπάρχουν στον αέρα σε μια δεδομένη θερμοκρασία, εκφρασμένη σε κιλά ανά κυβικό μέτρο (p).
Σχετική υγρασίαείναι ο λόγος της πυκνότητας των υδρατμών (ή της πίεσης) στον αέρα σε μια δεδομένη θερμοκρασία προς την πυκνότητα (ή την πίεση) των υδρατμών σε αυτήν την ίδια θερμοκρασία, εκφρασμένη ως ποσοστό, δηλ.
Το πιο ευνοϊκό για τον άνθρωπο στα μεσαία κλιματικά γεωγραφικά πλάτη είναι μια σχετική υγρασία 40-60%.
Μειώνοντας τη θερμοκρασία του αέρα, ο ατμός σε αυτόν μπορεί να κορεσθεί.
σημείο δρόσουείναι η θερμοκρασία στην οποία ο ατμός στον αέρα κορεσθεί. Όταν το σημείο δρόσου φτάσει στον αέρα ή σε αντικείμενα με τα οποία έρχεται σε επαφή, οι υδρατμοί αρχίζουν να συμπυκνώνονται. Για τον προσδιορισμό της υγρασίας του αέρα, χρησιμοποιούνται όργανα που ονομάζονται υγρόμετρα και ψυχρόμετρα.