Structure des gaz, liquides et solides.
Principes de base de la théorie de la cinétique moléculaire:
Toutes les substances sont constituées de molécules, et les molécules sont constituées d'atomes,
les atomes et les molécules sont en mouvement constant,
Il existe des forces d’attraction et de répulsion entre les molécules.
DANS des gaz les molécules se déplacent de manière chaotique, les distances entre les molécules sont grandes, les forces moléculaires sont faibles, le gaz occupe tout le volume qui lui est fourni.
DANS liquides les molécules ne sont disposées de manière ordonnée qu'à de courtes distances, et à de grandes distances, l'ordre (symétrie) de la disposition est violé - « ordre à courte portée ». Les forces d’attraction moléculaire maintiennent les molécules proches les unes des autres. Le mouvement des molécules consiste à « sauter » d’une position stable à une autre (généralement au sein d’une même couche. Ce mouvement explique la fluidité d’un liquide. Un liquide n’a pas de forme, mais a du volume.
Les solides sont des substances qui conservent leur forme, divisées en cristallins et amorphes. Solides cristallins les corps ont un réseau cristallin, dans les nœuds duquel peuvent se trouver des ions, des molécules ou des atomes. Ils oscillent par rapport à des positions d'équilibre stables.. Les réseaux cristallins ont une structure régulière dans tout le volume - un « ordre d'arrangement à longue portée ».
Corps amorphes conservent leur forme, mais n'ont pas de réseau cristallin et, par conséquent, n'ont pas de point de fusion prononcé. Ils sont appelés liquides gelés car, comme les liquides, ils ont un ordre d’arrangement moléculaire « à courte portée ».
Forces d'interaction moléculaire
Toutes les molécules d’une substance interagissent entre elles par des forces d’attraction et de répulsion. Preuve de l'interaction des molécules : phénomène de mouillage, résistance à la compression et à la tension, faible compressibilité des solides et des gaz, etc. La raison de l'interaction des molécules est l'interaction électromagnétique des particules chargées dans une substance. Comment expliquer cela ? Un atome est constitué d’un noyau chargé positivement et d’une couche électronique chargée négativement. La charge du noyau est égale à la charge totale de tous les électrons, donc l’atome dans son ensemble est électriquement neutre. Une molécule constituée d’un ou plusieurs atomes est également électriquement neutre. Considérons l'interaction entre molécules en utilisant l'exemple de deux molécules stationnaires. Des forces gravitationnelles et électromagnétiques peuvent exister entre les corps dans la nature. Étant donné que les masses des molécules sont extrêmement petites, les forces négligeables d’interaction gravitationnelle entre les molécules peuvent être ignorées. À de très grandes distances, il n’y a pas non plus d’interaction électromagnétique entre les molécules. Mais à mesure que la distance entre les molécules diminue, les molécules commencent à s'orienter de telle manière que leurs côtés opposés auront des charges de signes différents (en général, les molécules restent neutres), et des forces d'attraction apparaissent entre les molécules. Avec une diminution encore plus grande de la distance entre les molécules, des forces répulsives résultent de l'interaction des couches électroniques chargées négativement des atomes des molécules. En conséquence, la molécule est soumise à l’action de la somme des forces d’attraction et de répulsion. Sur de grandes distances, la force d'attraction prédomine (à une distance de 2-3 diamètres de molécule, l'attraction est maximale), sur de courtes distances, la force de répulsion prévaut. Il existe une distance entre les molécules à laquelle les forces attractives deviennent égales aux forces répulsives. Cette position des molécules est appelée position d’équilibre stable. Les molécules situées à distance les unes des autres et reliées par des forces électromagnétiques ont de l'énergie potentielle. Dans une position d'équilibre stable, l'énergie potentielle des molécules est minime. Dans une substance, chaque molécule interagit simultanément avec de nombreuses molécules voisines, ce qui affecte également la valeur de l'énergie potentielle minimale des molécules. De plus, toutes les molécules d'une substance sont en mouvement continu, c'est-à-dire avoir de l'énergie cinétique. Ainsi, la structure d'une substance et ses propriétés (corps solides, liquides et gazeux) sont déterminées par la relation entre l'énergie potentielle minimale d'interaction des molécules et la réserve d'énergie cinétique du mouvement thermique des molécules.
Structure et propriétés des corps solides, liquides et gazeux
La structure des corps s'explique par l'interaction des particules du corps et la nature de leur mouvement thermique.
Solide
Les solides ont une forme et un volume constants et sont pratiquement incompressibles. L'énergie potentielle minimale d'interaction des molécules est supérieure à l'énergie cinétique des molécules. Forte interaction entre les particules. Le mouvement thermique des molécules dans un solide s'exprime uniquement par les vibrations des particules (atomes, molécules) autour d'une position d'équilibre stable.
En raison des forces d'attraction importantes, les molécules ne peuvent pratiquement pas changer de position dans la matière, ce qui explique l'invariabilité du volume et de la forme des solides. La plupart des solides ont un agencement spatialement ordonné de particules qui forment un réseau cristallin régulier. Les particules de matière (atomes, molécules, ions) sont situées aux sommets - nœuds du réseau cristallin. Les nœuds du réseau cristallin coïncident avec la position d'équilibre stable des particules. Ces solides sont appelés cristallins.
Liquide
Les liquides ont un certain volume, mais n'ont pas de forme propre ; ils prennent la forme du récipient dans lequel ils se trouvent. L'énergie potentielle minimale d'interaction entre les molécules est comparable à l'énergie cinétique des molécules. Faible interaction des particules. Le mouvement thermique des molécules dans un liquide s'exprime par des vibrations autour d'une position d'équilibre stable au sein du volume fourni à la molécule par ses voisines. Les molécules ne peuvent pas se déplacer librement dans tout le volume d'une substance, mais des transitions de molécules vers des endroits voisins sont possibles. Ceci explique la fluidité du liquide et la capacité de changer de forme.
Dans les liquides, les molécules sont assez fermement liées les unes aux autres par des forces d'attraction, ce qui explique l'invariance du volume du liquide. Dans un liquide, la distance entre les molécules est approximativement égale au diamètre de la molécule. Lorsque la distance entre les molécules diminue (compression du liquide), les forces répulsives augmentent fortement, les liquides deviennent donc incompressibles. De par leur structure et la nature du mouvement thermique, les liquides occupent une position intermédiaire entre les solides et les gaz. Bien que la différence entre un liquide et un gaz soit bien plus grande qu’entre un liquide et un solide. Par exemple, lors de la fusion ou de la cristallisation, le volume d'un corps change plusieurs fois moins que lors de l'évaporation ou de la condensation.
Les gaz n'ont pas un volume constant et occupent tout le volume du récipient dans lequel ils se trouvent. L'énergie potentielle minimale d'interaction entre les molécules est inférieure à l'énergie cinétique des molécules. Les particules de matière n'interagissent pratiquement pas. Les gaz sont caractérisés par un désordre complet dans la disposition et le mouvement des molécules.
La distance entre les molécules de gaz est plusieurs fois supérieure à la taille des molécules. De petites forces d'attraction ne peuvent pas maintenir les molécules proches les unes des autres, de sorte que les gaz peuvent se dilater sans limite. Les gaz sont facilement comprimés sous l’influence d’une pression externe, car les distances entre les molécules sont grandes et les forces d'interaction sont négligeables. La pression du gaz sur les parois du conteneur est créée par les impacts des molécules de gaz en mouvement.
Leçon n°2/5 2
Thème n°26 : « Modèle de la structure du liquide. Paires saturées et insaturées. L'humidité de l'air."
1 Modèle de structure liquide
Liquide un de États de la matière. La principale propriété d'un liquide, qui le distingue des autres états d'agrégation, est la capacité de changer de forme de manière illimitée sous l'influence de contraintes mécaniques tangentielles, même arbitrairement petites, tout en conservant pratiquement son volume.
Fig. 1
L'état liquide est généralement considéré comme intermédiaire entre solide et gazeux : un gaz ne conserve ni le volume ni la forme, mais un solide conserve les deux.
Molécules les liquides n'ont pas de position définie, mais en même temps ils n'ont pas une totale liberté de mouvement. Il existe entre eux une attirance suffisamment forte pour les maintenir proches.
Une substance à l'état liquide existe dans une certaine plage températures , en dessous duquel il se transforme enétat solide(la cristallisation se produit ou transformation en un état solide amorphe verre), ci-dessus dans le gaz (une évaporation se produit). Les limites de cet intervalle dépendent de pression
Tous les liquides sont généralement divisés en liquides purs et mélanges . Certains mélanges de liquides sont d'une grande importance pour la vie : sang, eau de mer etc. Les liquides peuvent remplir la fonction solvants
La principale propriété des liquides est la fluidité. Si vous appliquez sur une section de liquide en équilibre force externe , alors un flux de particules liquides apparaît dans la direction dans laquelle cette force est appliquée : le liquide s'écoule. Ainsi, sous l'influence de forces extérieures déséquilibrées, le liquide ne conserve pas sa forme et la disposition relative des pièces, et prend donc la forme du récipient dans lequel il se trouve.
Contrairement aux solides plastiques, les liquides n'ont paslimite d'élasticité: il suffit d'appliquer une force extérieure arbitrairement petite pour faire couler le liquide.
L’une des propriétés caractéristiques d’un liquide est qu’il possède un certain volume ( dans des conditions extérieures constantes). Le liquide est extrêmement difficile à comprimer mécaniquement car, contrairement gaz , il y a très peu d’espace libre entre les molécules. La pression exercée sur un liquide enfermé dans un récipient se transmet sans changement à chaque point du volume de ce liquide ( la loi de Pascal , est également valable pour les gaz). Cette caractéristique, associée à une très faible compressibilité, est utilisée dans les machines hydrauliques.
Les liquides augmentent généralement de volume (se dilatent) lorsqu'ils sont chauffés et diminuent de volume (se contractent) lorsqu'ils sont refroidis. Il existe cependant des exceptions, par exemple eau rétrécit lorsqu'il est chauffé, à pression normale et à des températures de 0 °C à environ 4 °C.
De plus, les liquides (comme les gaz) sont caractérisés viscosité . Elle est définie comme la capacité à résister au mouvement d’une pièce par rapport à une autre, c’est-à-dire au frottement interne.
Lorsque des couches adjacentes de liquide se déplacent les unes par rapport aux autres, des collisions de molécules se produisent inévitablement en plus de celles provoquées parmouvement thermique. Des forces apparaissent qui empêchent un mouvement ordonné. Dans ce cas, l’énergie cinétique du mouvement ordonné se transforme en énergie thermique du mouvement chaotique des molécules.
Le liquide dans le récipient, mis en mouvement et laissé à lui-même, s'arrêtera progressivement, mais sa température augmentera.Dans une vapeur, comme dans un gaz, on peut presque ignorer les forces d'adhésion et considérer le mouvement comme le vol libre des molécules et leur collision entre elles et avec les corps environnants (parois et liquide recouvrant le fond du récipient). Dans un liquide, les molécules, comme dans un solide, interagissent fortement et se maintiennent les unes les autres. Cependant, alors que dans un corps solide chaque molécule conserve une position d'équilibre indéfiniment définie à l'intérieur du corps et que son mouvement se réduit à une oscillation autour de cette position d'équilibre, la nature du mouvement dans un liquide est différente. Les molécules liquides se déplacent beaucoup plus librement que les molécules solides, mais pas aussi librement que les molécules gazeuses. Chaque molécule d'un liquide se déplace ici et là pendant un certain temps, sans toutefois s'éloigner de ses voisines. Ce mouvement ressemble à la vibration d'une molécule solide autour de sa position d'équilibre. Cependant, de temps en temps, une molécule liquide s'échappe de son environnement et se déplace vers un autre endroit, pour se retrouver dans un nouvel environnement, où elle effectue à nouveau un mouvement similaire à une vibration pendant un certain temps.
Ainsi, le mouvement des molécules liquides est quelque chose comme un mélange de mouvements dans un solide et dans un gaz : le mouvement « oscillatoire » en un endroit est remplacé par une transition « libre » d'un endroit à un autre. Conformément à cela, la structure d’un liquide se situe entre la structure d’un solide et la structure d’un gaz. Plus la température est élevée, c'est-à-dire plus l'énergie cinétique des molécules liquides est grande, plus le rôle joué par le mouvement « libre » est important : plus les intervalles de l'état « vibratoire » de la molécule sont courts et plus les transitions « libres », c'est-à-dire , plus le liquide devient gazeux. À une température suffisamment élevée caractéristique de chaque liquide (appelée température critique), les propriétés du liquide ne diffèrent pas des propriétés d'un gaz hautement comprimé.
2 Paires saturées et insaturées et leurs propriétés
Il y a toujours des vapeurs de ce liquide au-dessus de la surface libre d'un liquide. Si le récipient contenant le liquide n'est pas fermé, la concentration de particules de vapeur à température constante peut varier dans de larges limites, vers le bas ou vers le haut.
Processus d'évaporation dans un espace confiné(récipient fermé avec du liquide)peut se produire à une température donnée seulement jusqu'à une certaine limite. Ceci s'explique par le fait que la condensation de la vapeur se produit simultanément à l'évaporation du liquide. Premièrement, le nombre de molécules sortant du liquide en 1 s est supérieur au nombre de molécules qui y reviennent, et la densité, et donc la pression de vapeur, augmente. Cela conduit à une augmentation du taux de condensation. Après un certain temps, un équilibre dynamique se produit dans lequel la densité de vapeur au-dessus du liquide devient constante.
La vapeur qui est en équilibre dynamique avec son liquide est appelée vapeur saturée. La vapeur qui n’est pas en équilibre dynamique avec son liquide est dite insaturée.
L'expérience montre que les couples insaturés obéissent à tous lois sur le gaz , et plus précisément, plus elles sont éloignées de la saturation. Les vapeurs saturées se caractérisent par les propriétés suivantes :
- densité et pression de la vapeur saturée à une température donnée ce sont la densité et la pression maximales que la vapeur peut avoir à une température donnée ;
- La densité et la pression de la vapeur saturée dépendent du type de substance. Plus la chaleur spécifique de vaporisation d'un liquide est faible, plus il s'évapore rapidement et plus la pression et la densité de sa vapeur sont élevées ;
- la pression et la densité de la vapeur saturée sont uniquement déterminées par sa température (ne dépendent pas de la manière dont la vapeur a atteint cette température : pendant le chauffage ou le refroidissement) ;
- la pression et la densité de vapeur augmentent rapidement avec l'augmentation de la température (Fig. 1, a, b).
L'expérience montre que lorsqu'un liquide est chauffé, le niveau de liquide dans un récipient fermé diminue. Par conséquent, la masse et la densité de la vapeur augmentent. Une augmentation plus forte de la pression de la vapeur saturée par rapport à un gaz parfait (la loi de Gay-Lussac n'est pas applicable à la vapeur saturée) s'explique par le fait qu'ici la pression augmente non seulement en raison d'une augmentation de l'énergie cinétique moyenne des molécules (comme dans un gaz parfait), mais aussi en raison de l'augmentation de la concentration des molécules ;
- à température constante, la pression et la densité de la vapeur saturée ne dépendent pas du volume. À titre de comparaison, la figure 2 montre les isothermes d'un gaz parfait (a) et d'une vapeur saturée (b).
Riz. 2
L'expérience montre que lors de l'expansion isotherme, le niveau de liquide dans le récipient diminue et lors de la compression, il augmente, c'est-à-dire le nombre de molécules de vapeur change de sorte que la densité de vapeur reste constante.
3 Humidité
L'air contenant de la vapeur d'eau est appelé mouillé . Pour caractériser la teneur en vapeur d'eau de l'air, un certain nombre de grandeurs sont introduites : l'humidité absolue, la pression de vapeur d'eau et l'humidité relative.
Humidité absolueρ l'air est une quantité numériquement égale à la masse de vapeur d'eau contenue dans 1 m 3 l'air (c'est-à-dire la densité de la vapeur d'eau dans l'air dans des conditions données).
Pression de vapeur d'eau p est la pression partielle de la vapeur d'eau contenue dans l'air. Les unités SI d'humidité absolue et d'élasticité sont respectivement le kilogramme par mètre cube (kg/m 3) et pascal (Pa).
Si l’on connaît uniquement l’humidité absolue ou la pression de vapeur d’eau, il est encore impossible de juger du degré de sécheresse ou d’humidité de l’air. Pour déterminer le degré d'humidité de l'air, il faut savoir si la vapeur d'eau est proche ou loin de la saturation.
Humidité relative air φ est le rapport entre l'humidité absolue et la densité exprimé en pourcentageρ 0 vapeur saturée à une température donnée (ou le rapport entre la pression de la vapeur d'eau et la pression p 0 vapeur saturée à une température donnée) :
Plus l’humidité relative est faible, plus la vapeur est éloignée de la saturation et plus l’évaporation est intense. Pression de vapeur saturée p 0 à une valeur donnée du tableau de température. La pression de la vapeur d'eau (et donc l'humidité absolue) est déterminée par le point de rosée.
Lorsqu'il est refroidi de manière isobare à une température tp la vapeur devient saturée et son état est représenté par un point DANS . Température tp , à laquelle la vapeur d'eau devient saturée est appelée point de rosée . Lors du refroidissement en dessous du point de rosée, la condensation de vapeur commence : du brouillard apparaît, la rosée tombe et les fenêtres s'embuent.
4 Mesure de l'humidité de l'air
Les instruments de mesure sont utilisés pour mesurer l'humidité de l'air hygromètres. Il existe plusieurs types d’hygromètres, mais les principaux sont : cheveux et psychrométrique.
Puisqu'il est difficile de mesurer directement la pression de la vapeur d'eau dans l'air, l'humidité relative est mesuréeindirectement.
Principe de fonctionnementhygromètre à cheveuxbasé sur la propriété des cheveux dégraissés (humains ou animaux)change ta longueuren fonction de l'humidité de l'air dans lequel il se trouve.
Cheveux tendu sur une structure métallique. Le changement de longueur des cheveux est transmis à la flèche se déplaçant le long de l'échelle. En hiver, un hygromètre à cheveux est le principal instrument de mesure de l’humidité de l’air extérieur.
Un hygromètre plus précis est un hygromètre psychrométrique psychromètre
(en grec « psychros » signifie froid).
On sait que l'humidité relative de l'air dépend taux d'évaporation.
Plus l’humidité de l’air est faible, plus l’humidité s’évapore facilement.
Le psychromètre a deux thermomètres . L'un est ordinaire, ils l'appellent sec Il mesure la température de l'air ambiant. L'ampoule d'un autre thermomètre est enveloppée dans une mèche en tissu et placée dans un récipient rempli d'eau. Le deuxième thermomètre n'indique pas la température de l'air, mais la température de la mèche humide, d'où le nom hydraté thermomètre. Plus l'humidité de l'air est faible, plus plus intense l'humidité s'évapore de la mèche, plus la quantité de chaleur par unité de temps est éliminée du thermomètre humidifié, plus ses lectures sont basses, donc plus la différence entre les lectures des thermomètres secs et humidifiés est grande.
Le point de rosée est déterminé à l'aide d'hygromètres. L'hygromètre à condensation est une boîte métallique UN , paroi avantÀ qui est bien poli (Fig. 2). Un éther liquide facilement évaporable est versé à l'intérieur de la boîte et un thermomètre est inséré. Faire passer l'air à travers la boîte à l'aide d'une poire en caoutchouc g , provoquent une forte évaporation de l’éther et un refroidissement rapide de la box. Le thermomètre mesure la température à laquelle les gouttelettes de rosée apparaissent sur la surface polie du mur.À . La pression dans la zone adjacente au mur peut être considérée comme constante, puisque cette zone communique avec l'atmosphère et que la diminution de pression due au refroidissement est compensée par une augmentation de la concentration de vapeur. L’apparition de rosée indique que la vapeur d’eau est saturée. Connaissant la température de l'air et le point de rosée, vous pouvez connaître la pression partielle de vapeur d'eau et l'humidité relative.
Riz. 2
5 Problèmes à résoudre de manière autonome
Problème 1
Il fait froid, il pleut d’automne dehors. Dans quel cas le linge suspendu dans la cuisine sèche-t-il plus vite : lorsque la fenêtre est ouverte ou lorsqu'elle est fermée ? Pourquoi?
Problème 2
L'humidité de l'air est de 78 % et la température sèche est de 12 °C. Quelle température indique le thermomètre à bulbe humide ?(Réponse : 10 °C.)
Problème 3
La différence entre les lectures des thermomètres secs et humides est de 4 °C. Humidité relative 60%. Quelles sont les lectures des ampoules sèches et humides ?(Réponse : t c -l9 °С, t m = 10 °С.)
1. Modèle de structure des liquides. Paires saturées et insaturées ; dépendance de la pression de vapeur saturée à la température ; ébullition. L'humidité de l'air; point de rosée, hygromètre, psychromètre.
Évaporation - vaporisation qui se produit à n'importe quelle température à partir de la surface libre d'un liquide. Lors d'un mouvement thermique à n'importe quelle température, l'énergie cinétique des molécules liquides ne dépasse pas de manière significative l'énergie potentielle de leur connexion avec d'autres molécules. L'évaporation s'accompagne d'un refroidissement du liquide. Le taux d'évaporation dépend de : la surface ouverte, la température et la concentration de molécules à proximité du liquide.
Condensation- le processus de transition d'une substance d'un état gazeux à un état liquide.
L'évaporation d'un liquide dans un récipient fermé à température constante entraîne une augmentation progressive de la concentration des molécules de la substance qui s'évapore à l'état gazeux. Quelque temps après le début de l'évaporation, la concentration de la substance à l'état gazeux atteindra une valeur à laquelle le nombre de molécules retournant dans le liquide deviendra égal au nombre de molécules sortant du liquide pendant le même temps. installée Équilibre dynamique entre les processus d’évaporation et de condensation de la matière.
Une substance à l’état gazeux en équilibre dynamique avec un liquide est appelée vapeur saturée. (La vapeur est l'ensemble des molécules qui quittent le liquide pendant le processus d'évaporation.) La vapeur à une pression inférieure à la pression saturée est dite insaturée.
En raison de l'évaporation constante de l'eau des surfaces des réservoirs, du sol et de la végétation, ainsi que de la respiration des humains et des animaux, l'atmosphère contient toujours de la vapeur d'eau. La pression atmosphérique est donc la somme de la pression de l’air sec et de la vapeur d’eau qu’il contient. La pression de vapeur d’eau sera maximale lorsque l’air sera saturé de vapeur. La vapeur saturée, contrairement à la vapeur insaturée, n'obéit pas aux lois des gaz parfaits. Ainsi, la pression de vapeur saturée ne dépend pas du volume, mais de la température. Cette dépendance ne peut pas être exprimée par une formule simple, c'est pourquoi, sur la base d'une étude expérimentale de la dépendance de la pression de vapeur saturée à la température, des tableaux ont été établis à partir desquels sa pression peut être déterminée à différentes températures.
La pression de la vapeur d'eau dans l'air à une température donnée est appelée humidité absolue. La pression de vapeur étant proportionnelle à la concentration de molécules, l’humidité absolue peut être définie comme la densité de vapeur d’eau présente dans l’air à une température donnée, exprimée en kilogrammes par mètre cube (p).
Humidité relative est le rapport entre la densité (ou pression) de la vapeur d'eau dans l'air à une température donnée et la densité (ou pression) de la vapeur d'eau à cette température. la même température, exprimée en pourcentage, soit
Le plus favorable pour l'homme dans les latitudes climatiques moyennes est une humidité relative de 40 à 60 %.
En abaissant la température de l'air, la vapeur qu'il contient peut être amenée à saturation.
point de roséeest la température à laquelle la vapeur présente dans l’air devient saturée. Lorsque le point de rosée est atteint dans l'air ou sur les objets avec lesquels il entre en contact, la vapeur d'eau commence à se condenser. Pour déterminer l'humidité de l'air, des instruments appelés hygromètres et psychromètres sont utilisés.
Les idées moléculaires et cinétiques sur la structure de la matière expliquent la diversité des propriétés des liquides, des gaz et des solides. Il existe des interactions électromagnétiques entre les particules de matière : elles s'attirent et se repoussent en utilisant des forces électromagnétiques. À de très grandes distances entre molécules, ces forces sont négligeables.
Forces d'interaction moléculaire
Mais le tableau change si la distance entre les particules diminue. Les molécules neutres commencent à s'orienter dans l'espace de sorte que leurs surfaces se faisant face commencent à avoir des charges de signe opposé et que des forces attractives commencent à agir entre elles. Cela se produit lorsque la distance entre les centres des molécules est supérieure à la somme de leurs rayons.
Si vous continuez à réduire la distance entre les molécules, elles commencent à se repousser en raison de l'interaction de couches électroniques chargées de la même manière. Cela se produit lorsque la somme des rayons des molécules en interaction est supérieure à la distance entre les centres des particules.
Autrement dit, à de grandes distances intermoléculaires, l'attraction prédomine, et à des distances proches, la répulsion prédomine. Mais il existe une certaine distance entre les particules lorsqu’elles sont dans une position d’équilibre stable (les forces attractives sont égales aux forces répulsives). Dans cette position, les molécules ont une énergie potentielle minimale. Les molécules possèdent également de l’énergie cinétique car elles sont constamment en mouvement.
Ainsi, la force des liaisons d’interaction entre particules distingue les trois états de la matière : solide, gazeux et liquide, et explique leurs propriétés.
Prenons l'eau comme exemple. La taille, la forme et la composition chimique des particules d’eau restent les mêmes, qu’il s’agisse d’un solide (glace) ou d’un gaz (vapeur). Mais la façon dont ces particules se déplacent et se positionnent est différente pour chaque état.
Solides
Les solides conservent leur structure et peuvent être fissurés ou brisés avec force. Vous ne pouvez pas parcourir la table car vous et la table êtes solides. Les particules solides ont la plus petite quantité d’énergie des trois états traditionnels de la matière. Les particules sont disposées selon une séquence structurelle spécifique avec très peu d’espace entre elles.
Ils sont maintenus ensemble en équilibre et ne peuvent que vibrer autour d'une position fixe. À cet égard, les solides ont haute densité Et forme et volume fixes. Si vous laissez la table seule pendant quelques jours, elle ne se dilatera pas et la fine couche de bois qui recouvre le sol ne remplira pas la pièce !
Liquides
Tout comme dans un solide, les particules d’un liquide sont rapprochées les unes des autres, mais disposées de manière aléatoire. Contrairement aux solides, une personne peut traverser un liquide, cela est dû à l'affaiblissement de la force d'attraction agissant entre les particules. Dans un liquide, les particules peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres.
Les liquides ont un volume fixe, mais n'ont pas de forme fixe. Elles vont écoulement sous l'influence des forces gravitationnelles. Mais certains liquides sont plus visqueux que d’autres. Un liquide visqueux a des interactions plus fortes entre les molécules.
Les molécules liquides ont beaucoup plus d’énergie cinétique (énergie de mouvement) qu’un solide, mais bien moins qu’un gaz.
Des gaz
Les particules dans les gaz sont éloignées les unes des autres et disposées de manière aléatoire. Cet état de la matière possède l'énergie cinétique la plus élevée, puisqu'il n'y a pratiquement aucune force d'attraction entre les particules.
Les molécules de gaz sont en mouvement constant dans toutes les directions (mais uniquement en ligne droite), entrent en collision les unes avec les autres et avec les parois du récipient dans lequel elles se trouvent - cela provoque pression.
Les gaz se dilatent également pour remplir complètement le volume d'un conteneur, quelle que soit sa taille ou sa forme - les gaz n’ont pas de forme ni de volume fixe.
Toute matière non vivante est constituée de particules qui peuvent se comporter différemment. La structure des corps gazeux, liquides et solides a ses propres caractéristiques. Les particules des solides sont maintenues ensemble parce qu’elles sont très proches les unes des autres, ce qui les rend très résistantes. De plus, ils peuvent conserver une certaine forme, puisque leurs plus petites particules ne bougent pratiquement pas, mais vibrent seulement. Les molécules dans les liquides sont assez proches les unes des autres, mais elles peuvent se déplacer librement et n'ont donc pas leur propre forme. Les particules contenues dans les gaz se déplacent très rapidement et il y a généralement beaucoup d'espace autour d'elles, ce qui signifie qu'elles peuvent être facilement compressées.
Propriétés et structure des solides
Quelle est la structure et les caractéristiques structurelles des solides ? Ils sont constitués de particules très proches les unes des autres. Ils ne peuvent pas bouger et leur forme reste donc fixe. Quelles sont les propriétés d'un solide ? Il ne se comprime pas, mais s'il est chauffé, son volume augmentera avec l'augmentation de la température. Cela se produit parce que les particules commencent à vibrer et à bouger, entraînant une diminution de la densité.
L’une des caractéristiques des solides est qu’ils ont une forme constante. Lorsqu’un solide se réchauffe, le mouvement des particules augmente. Les particules se déplaçant plus rapidement entrent en collision plus violemment, ce qui amène chaque particule à pousser ses voisines. Par conséquent, une augmentation de la température entraîne généralement une augmentation de la force corporelle.
Structure cristalline des solides
Les forces intermoléculaires d’interaction entre les molécules voisines d’un solide sont suffisamment fortes pour les maintenir dans une position fixe. Si ces plus petites particules sont dans une configuration hautement ordonnée, alors ces structures sont généralement appelées cristallines. Les questions de l'ordre interne des particules (atomes, ions, molécules) d'un élément ou d'un composé sont traitées par une science particulière : la cristallographie.
Les solides présentent également un intérêt particulier. En étudiant le comportement des particules et la façon dont elles sont structurées, les chimistes peuvent expliquer et prédire comment certains types de matériaux se comporteront dans certaines conditions. Les plus petites particules d’un solide sont disposées selon un réseau. Il s'agit de la disposition dite régulière des particules, dans laquelle diverses liaisons chimiques entre elles jouent un rôle important.
La théorie des bandes de la structure d'un corps solide le considère comme un ensemble d'atomes dont chacun, à son tour, est constitué d'un noyau et d'électrons. Dans la structure cristalline, les noyaux des atomes sont situés dans les nœuds du réseau cristallin, caractérisé par une certaine périodicité spatiale.
Quelle est la structure d'un liquide ?
La structure des solides et des liquides est similaire dans la mesure où les particules qui les composent sont situées à proximité. La différence est que les molécules se déplacent librement, puisque la force d’attraction entre elles est beaucoup plus faible que dans un corps solide.
Quelles sont les propriétés du liquide ? Le premier est la fluidité, et le second est que le liquide prendra la forme du récipient dans lequel il est placé. Si vous le chauffez, le volume augmentera. En raison de la proximité des particules les unes par rapport aux autres, le liquide ne peut pas être comprimé.
Quelle est la structure et la structure des corps gazeux ?
Les particules de gaz sont disposées de manière aléatoire, elles sont si éloignées les unes des autres qu'aucune force d'attraction ne peut apparaître entre elles. Quelles propriétés possède le gaz et quelle est la structure des corps gazeux ? En règle générale, le gaz remplit uniformément tout l'espace dans lequel il a été placé. Il se compresse facilement. La vitesse des particules d'un corps gazeux augmente avec l'augmentation de la température. Dans le même temps, la pression augmente également.
La structure des corps gazeux, liquides et solides est caractérisée par des distances différentes entre les plus petites particules de ces substances. Les particules de gaz sont beaucoup plus éloignées que les particules solides ou liquides. Dans l’air, par exemple, la distance moyenne entre les particules est environ dix fois supérieure au diamètre de chaque particule. Ainsi, le volume des molécules n’occupe qu’environ 0,1 % du volume total. Les 99,9 % restants sont des espaces vides. En revanche, les particules liquides remplissent environ 70 % du volume total du liquide.
Chaque particule de gaz se déplace librement le long d’une trajectoire rectiligne jusqu’à ce qu’elle entre en collision avec une autre particule (gazeuse, liquide ou solide). Les particules se déplacent généralement assez rapidement et, après que deux d'entre elles entrent en collision, elles rebondissent l'une sur l'autre et continuent leur chemin seules. Ces collisions changent de direction et de vitesse. Ces propriétés des particules de gaz permettent aux gaz de se dilater pour remplir n'importe quelle forme ou volume.
Changement d'état
La structure des corps gazeux, liquides et solides peut changer s'ils sont exposés à une certaine influence extérieure. Ils peuvent même se transformer dans certaines conditions, par exemple pendant le chauffage ou le refroidissement.
- Évaporation. La structure et les propriétés des corps liquides leur permettent, sous certaines conditions, de se transformer en un état physique complètement différent. Par exemple, si vous renversez accidentellement de l’essence pendant que vous faites le plein de votre voiture, vous remarquerez rapidement son odeur âcre. Comment cela peut-il arriver? Les particules se déplacent dans le liquide et finissent par atteindre la surface. Leur mouvement dirigé peut transporter ces molécules au-delà de la surface dans l’espace situé au-dessus du liquide, mais la gravité les fera reculer. En revanche, si une particule se déplace très rapidement, elle peut être séparée des autres par une distance considérable. Ainsi, avec une augmentation de la vitesse des particules, qui se produit généralement lorsqu'elles sont chauffées, le processus d'évaporation se produit, c'est-à-dire la conversion du liquide en gaz.
Comportement des corps dans différents états physiques
La structure des gaz, des liquides et des solides est principalement due au fait que toutes ces substances sont constituées d'atomes, de molécules ou d'ions, mais le comportement de ces particules peut être complètement différent. Les particules de gaz sont espacées de manière aléatoire les unes des autres, les molécules liquides sont proches les unes des autres, mais elles ne sont pas structurées de manière aussi rigide que dans un solide. Les particules de gaz vibrent et se déplacent à grande vitesse. Les atomes et les molécules d’un liquide vibrent, bougent et glissent les uns sur les autres. Les particules d'un corps solide peuvent également vibrer, mais le mouvement en tant que tel ne leur est pas caractéristique.
Caractéristiques de la structure interne
Afin de comprendre le comportement de la matière, il faut d’abord étudier les caractéristiques de sa structure interne. Quelles sont les différences internes entre le granit, l’huile d’olive et l’hélium dans un ballon ? Un modèle simple de la structure de la matière aidera à répondre à cette question.
Un modèle est une version simplifiée d’un objet ou d’une substance réelle. Par exemple, avant le début de la construction proprement dite, les architectes construisent d’abord une maquette du projet de construction. Un tel modèle simplifié n'implique pas nécessairement une description exacte, mais il peut en même temps donner une idée approximative de ce à quoi ressemblera une structure particulière.
Modèles simplifiés
Toutefois, en science, les modèles ne sont pas toujours des corps physiques. Le siècle dernier a vu une augmentation significative de la compréhension humaine du monde physique. Cependant, une grande partie des connaissances et de l’expérience accumulées reposent sur des concepts extrêmement complexes, tels que des formules mathématiques, chimiques et physiques.
Pour comprendre tout cela, il faut bien connaître ces sciences exactes et complexes. Les scientifiques ont développé des modèles simplifiés pour visualiser, expliquer et prédire les phénomènes physiques. Tout cela simplifie grandement la compréhension de pourquoi certains corps ont une forme et un volume constants à une certaine température, tandis que d'autres peuvent les modifier, et ainsi de suite.
Toute matière est constituée de minuscules particules. Ces particules sont en mouvement constant. L'ampleur du mouvement est liée à la température. Une augmentation de la température indique une augmentation de la vitesse de déplacement. La structure des corps gazeux, liquides et solides se distingue par la liberté de mouvement de leurs particules, ainsi que par la force avec laquelle les particules sont attirées les unes vers les autres. Le physique dépend de sa condition physique. La vapeur d'eau, l'eau liquide et la glace ont les mêmes propriétés chimiques, mais leurs propriétés physiques sont très différentes.
