પ્રવાહીનું મોલેક્યુલર માળખું. વાયુઓ, પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોનું માળખું

પ્રવાહી સ્થિતિ, વાયુઓ અને સ્ફટિકો વચ્ચે મધ્યવર્તી સ્થાન ધરાવે છે, આ બંને અવસ્થાઓની કેટલીક વિશેષતાઓને જોડે છે. ખાસ કરીને, પ્રવાહી, જેમ કે સ્ફટિકીય સંસ્થાઓ, ચોક્કસ વોલ્યુમની હાજરી દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, અને તે જ સમયે, પ્રવાહી, ગેસની જેમ, તે જહાજનો આકાર લે છે જેમાં તે સ્થિત છે. આગળ, સ્ફટિકીય સ્થિતિ વાયુઓમાં કણો (અણુઓ અથવા પરમાણુઓ) ની ગોઠવણી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, આ અર્થમાં, સંપૂર્ણ અરાજકતા શાસન કરે છે. એક્સ-રે અભ્યાસો અનુસાર, કણોની ગોઠવણીની પ્રકૃતિના સંદર્ભમાં પ્રવાહી પણ મધ્યવર્તી સ્થાન ધરાવે છે. પ્રવાહી કણોની ગોઠવણીમાં કહેવાતા શોર્ટ-રેન્જ ઓર્ડર જોવા મળે છે. આનો અર્થ એ છે કે કોઈપણ કણના સંદર્ભમાં, તેના નજીકના પડોશીઓનું સ્થાન ઓર્ડર કરવામાં આવે છે. જો કે, જેમ જેમ તમે આપેલ કણથી દૂર જાઓ છો, તેમ તેમ તેના સંબંધમાં અન્ય કણોની ગોઠવણી ઓછી થતી જાય છે અને ખૂબ જ ઝડપથી કણોની ગોઠવણીનો ક્રમ સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય થઈ જાય છે. સ્ફટિકોમાં લાંબા-અંતરનો ક્રમ જોવા મળે છે: કોઈપણ કણોની તુલનામાં કણોની ક્રમબદ્ધ ગોઠવણી નોંધપાત્ર વોલ્યુમમાં જોવા મળે છે.

પ્રવાહીમાં ટૂંકા-શ્રેણીના ક્રમની હાજરી એ જ કારણ છે કે પ્રવાહીની રચનાને ક્વાસિક્રિસ્ટલાઇન (ક્રિસ્ટલ જેવી) કહેવામાં આવે છે.

લાંબા અંતરના ક્રમના અભાવને કારણે, પ્રવાહી, થોડા અપવાદો સાથે, કણોની તેમની નિયમિત ગોઠવણી સાથે સ્ફટિકોની એનિસોટ્રોપી લાક્ષણિકતા પ્રદર્શિત કરતા નથી. વિસ્તરેલ અણુઓવાળા પ્રવાહીમાં, અણુઓની સમાન દિશા નોંધપાત્ર વોલ્યુમની અંદર જોવા મળે છે, જે ઓપ્ટિકલ અને કેટલાક અન્ય ગુણધર્મોની એનિસોટ્રોપી નક્કી કરે છે. આવા પ્રવાહીને લિક્વિડ ક્રિસ્ટલ કહેવામાં આવે છે. તેમાં, પરમાણુઓની પરસ્પર ગોઠવણીનો આદેશ આપવામાં આવે છે, જેમ કે સામાન્ય પ્રવાહીમાં, લાંબા અંતરનો ક્રમ જાહેર થતો નથી.

પ્રવાહીની મધ્યવર્તી સ્થિતિ એ હકીકતને કારણે છે કે પ્રવાહી સ્થિતિ તેના ગુણધર્મોમાં ખાસ કરીને જટિલ હોવાનું બહાર આવ્યું છે. તેથી, તેમનો સિદ્ધાંત સ્ફટિકીય અને વાયુયુક્ત અવસ્થાઓના સિદ્ધાંત કરતાં ઘણો ઓછો વિકસિત છે. હજુ પણ પ્રવાહીનો કોઈ સંપૂર્ણ પૂર્ણ અને સામાન્ય રીતે સ્વીકૃત સિદ્ધાંત નથી. પ્રવાહી સ્થિતિના સિદ્ધાંતમાં સંખ્યાબંધ સમસ્યાઓના વિકાસમાં નોંધપાત્ર સિદ્ધિઓ સોવિયેત વૈજ્ઞાનિક યા આઈ. ફ્રેન્કેલની છે.

અનુસાર. ફ્રેન્કેલ, પ્રવાહીમાં થર્મલ ગતિ નીચેના પાત્ર ધરાવે છે. દરેક પરમાણુ અમુક સમય માટે ચોક્કસ સંતુલન સ્થિતિની આસપાસ ફરે છે. સમયાંતરે, પરમાણુ તેના સંતુલનનું સ્થાન બદલે છે, અચાનક નવી સ્થિતિમાં જાય છે, જે પરમાણુઓના કદના ક્રમના અંતર દ્વારા અગાઉના એકથી અલગ પડે છે. આમ, પરમાણુઓ માત્ર પ્રવાહીની અંદર ધીમે ધીમે ફરે છે, અમુક ચોક્કસ સ્થળોની નજીક સમયનો બાકીનો ભાગ. યા I. ફ્રેન્કેલના અલંકારિક અભિવ્યક્તિ અનુસાર, પરમાણુઓ પ્રવાહીના સમગ્ર જથ્થામાં ભટકતા રહે છે, વિચરતી જીવનશૈલી તરફ દોરી જાય છે, જેમાં ટૂંકા ગાળાની હિલચાલને પ્રમાણમાં લાંબા સમય સુધી બેઠાડુ જીવન દ્વારા બદલવામાં આવે છે. આ સ્ટોપનો સમયગાળો એકબીજા સાથે ખૂબ જ અલગ અને અવ્યવસ્થિત રીતે વૈકલ્પિક હોય છે, પરંતુ સમાન સંતુલન સ્થિતિની આસપાસના ઓસિલેશનની સરેરાશ અવધિ દરેક પ્રવાહી માટે ચોક્કસ મૂલ્ય તરીકે બહાર આવે છે, જે વધતા તાપમાન સાથે તીવ્રપણે ઘટે છે. આ સંદર્ભમાં, વધતા તાપમાન સાથે, પરમાણુઓની ગતિશીલતા મોટા પ્રમાણમાં વધે છે, જે બદલામાં પ્રવાહીની સ્નિગ્ધતામાં ઘટાડો કરે છે.

ત્યાં ઘન પદાર્થો છે જે ઘણી બાબતોમાં સ્ફટિકો કરતાં પ્રવાહીની નજીક છે. આકારહીન કહેવાતા આવા શરીર એનિસોટ્રોપીનું પ્રદર્શન કરતા નથી. તેમના કણોની ગોઠવણીમાં, પ્રવાહીની જેમ, ત્યાં માત્ર ટૂંકા અંતરનો ક્રમ છે. ગરમ થવા પર આકારહીન ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં સંક્રમણ સતત થાય છે, જ્યારે ક્રિસ્ટલમાંથી પ્રવાહીમાં સંક્રમણ અચાનક થાય છે (આના પર વધુ ચર્ચા § 125માં કરવામાં આવશે). આ બધું આકારહીન ઘન પદાર્થોને સુપરકૂલ્ડ પ્રવાહી તરીકે ધ્યાનમાં લેવાનું કારણ આપે છે, જેનાં કણો, તેમની સ્નિગ્ધતામાં વધારો થવાને કારણે, મર્યાદિત ગતિશીલતા ધરાવે છે.

આકારહીન ઘનનું વિશિષ્ટ ઉદાહરણ કાચ છે. આકારહીન શરીરમાં રેઝિન, બિટ્યુમેન વગેરેનો પણ સમાવેશ થાય છે.

વાયુઓ, પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોનું માળખું.

મોલેક્યુલર ગતિ સિદ્ધાંતના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો:

બધા પદાર્થો પરમાણુઓથી બનેલા છે, અને પરમાણુઓ અણુઓથી બનેલા છે,

અણુઓ અને પરમાણુઓ સતત ગતિમાં હોય છે,

પરમાણુઓ વચ્ચે આકર્ષણ અને પ્રતિકૂળ દળો છે.

IN વાયુઓપરમાણુઓ અસ્તવ્યસ્ત રીતે આગળ વધે છે, પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર મોટું છે, પરમાણુ દળો નાના છે, ગેસ તેને પૂરા પાડવામાં આવેલ સમગ્ર વોલ્યુમ પર કબજો કરે છે.

IN પ્રવાહીપરમાણુઓ ફક્ત ટૂંકા અંતર પર જ વ્યવસ્થિત રીતે ગોઠવાય છે, અને મોટા અંતર પર ગોઠવણીના ક્રમ (સપ્રમાણતા) નું ઉલ્લંઘન થાય છે - "ટૂંકી-રેન્જ ઓર્ડર". પરમાણુ આકર્ષણની શક્તિઓ પરમાણુઓને એકબીજાની નજીક રાખે છે. પરમાણુઓની હિલચાલ એક સ્થિર સ્થિતિમાંથી બીજી તરફ "જમ્પિંગ" છે (સામાન્ય રીતે એક સ્તરની અંદર. આ હિલચાલ પ્રવાહીની પ્રવાહીતાને સમજાવે છે. પ્રવાહીનો કોઈ આકાર નથી, પરંતુ તેનું પ્રમાણ હોય છે.

ઘન એ પદાર્થો છે જે તેમના આકારને જાળવી રાખે છે, સ્ફટિકીય અને આકારહીન વિભાજિત થાય છે. સ્ફટિકીય ઘનશરીરમાં એક સ્ફટિક જાળી હોય છે, જેમાં આયનો, પરમાણુઓ અથવા અણુઓ હોઈ શકે છે. તેઓ સ્થિર સંતુલન સ્થિતિને અનુરૂપ ઓસીલેટ કરે છે.. ક્રિસ્ટલ જાળીઓ સમગ્ર વોલ્યુમમાં નિયમિત માળખું ધરાવે છે - ગોઠવણીનો "લાંબા-શ્રેણીનો ક્રમ".

આકારહીન શરીરતેમનો આકાર જાળવી રાખો, પરંતુ સ્ફટિક જાળી નથી અને પરિણામે, ઉચ્ચારણ ગલનબિંદુ નથી. તેમને સ્થિર પ્રવાહી કહેવામાં આવે છે, કારણ કે તેઓ, પ્રવાહીની જેમ, પરમાણુ ગોઠવણીનો "ટૂંકી-શ્રેણી" ક્રમ ધરાવે છે.

પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દળો

પદાર્થના તમામ અણુઓ આકર્ષણ અને પ્રતિકૂળ શક્તિઓ દ્વારા એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. પરમાણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પુરાવા: ભીનાશની ઘટના, સંકોચન અને તાણ સામે પ્રતિકાર, ઘન અને વાયુઓની ઓછી સંકોચનક્ષમતા, વગેરે. પરમાણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું કારણ પદાર્થમાં ચાર્જ થયેલ કણોની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. આ કેવી રીતે સમજાવવું? અણુમાં સકારાત્મક ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લિયસ અને નકારાત્મક ચાર્જ થયેલ ઇલેક્ટ્રોન શેલનો સમાવેશ થાય છે. ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ તમામ ઇલેક્ટ્રોનના કુલ ચાર્જ જેટલો છે, તેથી સમગ્ર અણુ ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ છે. એક અથવા વધુ અણુઓ ધરાવતા પરમાણુ પણ વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોય છે. ચાલો બે સ્થિર અણુઓના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને પરમાણુઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ધ્યાનમાં લઈએ. ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દળો પ્રકૃતિમાં શરીર વચ્ચે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. પરમાણુઓનો સમૂહ અત્યંત નાનો હોવાથી, અણુઓ વચ્ચેના ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના નજીવા દળોને અવગણી શકાય છે. ખૂબ મોટા અંતર પર અણુઓ વચ્ચે કોઈ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ નથી. પરંતુ, જેમ જેમ પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર ઘટતું જાય છે, તેમ તેમ પરમાણુઓ પોતાની જાતને એવી રીતે દિશા આપવાનું શરૂ કરે છે કે તેમની એકબીજા સામેની બાજુઓ પર વિવિધ ચિહ્નોના ચાર્જ હોય ​​છે (સામાન્ય રીતે, પરમાણુઓ તટસ્થ રહે છે), અને પરમાણુઓ વચ્ચે આકર્ષક દળો ઉદ્ભવે છે. પરમાણુઓ વચ્ચેના અંતરમાં પણ વધુ ઘટાડો સાથે, પરમાણુઓના અણુઓના નકારાત્મક ચાર્જ ઇલેક્ટ્રોન શેલ્સની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે પ્રતિકૂળ દળો ઉદ્ભવે છે. પરિણામે, પરમાણુ આકર્ષણ અને પ્રતિકૂળ શક્તિઓના સરવાળા દ્વારા કાર્ય કરે છે. મોટા અંતર પર, આકર્ષણનું બળ પ્રબળ છે (પરમાણુના 2-3 વ્યાસના અંતરે, આકર્ષણ મહત્તમ છે), ટૂંકા અંતરે પ્રતિકૂળ બળ પ્રવર્તે છે. પરમાણુઓ વચ્ચે એક અંતર છે કે જેના પર આકર્ષક દળો પ્રતિકૂળ દળો સમાન બની જાય છે. પરમાણુઓની આ સ્થિતિને સ્થિર સંતુલનની સ્થિતિ કહેવામાં આવે છે. એકબીજાથી અંતરે સ્થિત અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દળો દ્વારા જોડાયેલા પરમાણુઓ સંભવિત ઊર્જા ધરાવે છે. સ્થિર સંતુલન સ્થિતિમાં, પરમાણુઓની સંભવિત ઊર્જા ન્યૂનતમ છે. પદાર્થમાં, દરેક અણુ એકસાથે ઘણા પડોશી અણુઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, જે પરમાણુઓની લઘુત્તમ સંભવિત ઊર્જાના મૂલ્યને પણ અસર કરે છે. વધુમાં, પદાર્થના તમામ અણુઓ સતત ગતિમાં હોય છે, એટલે કે. ગતિ ઊર્જા હોય છે. આમ, પદાર્થની રચના અને તેના ગુણધર્મો (નક્કર, પ્રવાહી અને વાયુયુક્ત પદાર્થો) પરમાણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની લઘુત્તમ સંભવિત ઊર્જા અને પરમાણુઓની થર્મલ ગતિની ગતિ ઊર્જાના અનામત વચ્ચેના સંબંધ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

ઘન, પ્રવાહી અને વાયુયુક્ત પદાર્થોની રચના અને ગુણધર્મો

શરીરની રચના શરીરના કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને તેમની થર્મલ હિલચાલની પ્રકૃતિ દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે.

ઘન

સોલિડ્સનો આકાર અને વોલ્યુમ સતત હોય છે અને તે વ્યવહારીક રીતે અસ્પષ્ટ હોય છે. પરમાણુઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ન્યૂનતમ સંભવિત ઊર્જા પરમાણુઓની ગતિ ઊર્જા કરતાં વધારે છે. મજબૂત કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. ઘન માં પરમાણુઓની થર્મલ ગતિ માત્ર સ્થિર સંતુલન સ્થિતિની આસપાસ કણો (અણુઓ, પરમાણુઓ) ના સ્પંદનો દ્વારા વ્યક્ત થાય છે.

આકર્ષણના વિશાળ દળોને લીધે, પરમાણુઓ વ્યવહારીક રીતે પદાર્થમાં તેમની સ્થિતિ બદલી શકતા નથી, આ ઘન પદાર્થોના કદ અને આકારની અવિશ્વસનીયતાને સમજાવે છે. મોટાભાગના ઘન પદાર્થોમાં કણોની અવકાશી ક્રમબદ્ધ ગોઠવણી હોય છે જે નિયમિત સ્ફટિક જાળી બનાવે છે. દ્રવ્યના કણો (અણુઓ, પરમાણુઓ, આયનો) શિરોબિંદુઓ પર સ્થિત છે - સ્ફટિક જાળીના ગાંઠો. સ્ફટિક જાળીના ગાંઠો કણોના સ્થિર સંતુલનની સ્થિતિ સાથે સુસંગત છે. આવા ઘન પદાર્થોને સ્ફટિકીય કહેવામાં આવે છે.

પ્રવાહી

પ્રવાહીમાં ચોક્કસ વોલ્યુમ હોય છે, પરંતુ તેમનો પોતાનો આકાર હોતો નથી; પરમાણુઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ન્યૂનતમ સંભવિત ઊર્જા પરમાણુઓની ગતિ ઊર્જા સાથે તુલનાત્મક છે. નબળા કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. પ્રવાહીમાં પરમાણુઓની થર્મલ ગતિ તેના પડોશીઓ દ્વારા પરમાણુને પ્રદાન કરવામાં આવેલ વોલ્યુમની અંદર સ્થિર સંતુલન સ્થિતિની આસપાસના સ્પંદનો દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. પરમાણુઓ પદાર્થના સમગ્ર જથ્થામાં મુક્તપણે ખસેડી શકતા નથી, પરંતુ પડોશી સ્થાનો પર પરમાણુઓનું સંક્રમણ શક્ય છે. આ પ્રવાહીની પ્રવાહીતા અને તેના આકારને બદલવાની ક્ષમતા સમજાવે છે.

પ્રવાહીમાં, પરમાણુઓ આકર્ષણના દળો દ્વારા એકબીજા સાથે એકદમ નિશ્ચિતપણે બંધાયેલા હોય છે, જે પ્રવાહીના જથ્થાના અવ્યવસ્થાને સમજાવે છે. પ્રવાહીમાં, પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર લગભગ પરમાણુના વ્યાસ જેટલું હોય છે. જ્યારે પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર ઘટે છે (પ્રવાહીનું સંકોચન), પ્રતિકૂળ દળો ઝડપથી વધે છે, તેથી પ્રવાહી અસંકોચિત હોય છે. તેમની રચના અને થર્મલ હિલચાલની પ્રકૃતિના સંદર્ભમાં, પ્રવાહી ઘન અને વાયુઓ વચ્ચે મધ્યવર્તી સ્થાન ધરાવે છે. જો કે પ્રવાહી અને વાયુ વચ્ચેનો તફાવત પ્રવાહી અને ઘન વચ્ચેનો તફાવત ઘણો વધારે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ગલન અથવા સ્ફટિકીકરણ દરમિયાન, બાષ્પીભવન અથવા ઘનીકરણ દરમિયાન શરીરની માત્રા ઘણી વખત ઓછી બદલાય છે.

વાયુઓમાં સતત વોલ્યુમ હોતું નથી અને તેઓ જે જહાજમાં સ્થિત છે તેના સમગ્ર વોલ્યુમ પર કબજો કરે છે. પરમાણુઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ન્યૂનતમ સંભવિત ઊર્જા પરમાણુઓની ગતિ ઊર્જા કરતાં ઓછી છે. પદાર્થના કણો વ્યવહારીક રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા નથી. વાયુઓ પરમાણુઓની ગોઠવણી અને ચળવળમાં સંપૂર્ણ અવ્યવસ્થા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

ગેસના પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર અણુઓના કદ કરતા અનેક ગણું વધારે છે. નાના આકર્ષક દળો પરમાણુઓને એકબીજાની નજીક રાખી શકતા નથી, તેથી વાયુઓ મર્યાદા વિના વિસ્તરી શકે છે. બાહ્ય દબાણના પ્રભાવ હેઠળ ગેસ સરળતાથી સંકુચિત થાય છે, કારણ કે પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર મોટું છે, અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દળો નહિવત્ છે. કન્ટેનરની દિવાલો પર ગેસનું દબાણ ગતિશીલ ગેસના અણુઓની અસર દ્વારા બનાવવામાં આવે છે.

કણોનું આકર્ષણ અને વિકર્ષણ પદાર્થમાં તેમની સંબંધિત સ્થિતિ નક્કી કરે છે. અને પદાર્થોના ગુણધર્મો કણોની ગોઠવણી પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે. તેથી, પારદર્શક, ખૂબ જ કઠણ હીરા (હીરા) (ફિગ. 111, એ) અને સોફ્ટ બ્લેક ગ્રેફાઇટ (ફિગ. 111, બી) (પેન્સિલ લીડ્સ તેમાંથી બનાવવામાં આવે છે) જોતાં, આપણે સમજી શકતા નથી કે બંને પદાર્થો બરાબર છે. સમાન અણુઓ કાર્બન. તે માત્ર એટલું જ છે કે આ અણુઓ હીરા કરતાં ગ્રેફાઇટમાં અલગ રીતે ગોઠવાયેલા છે.

ચોખા. 111

નોંધ કરો કે ચિત્રો પોતે અણુઓનું નિરૂપણ કરતા નથી, પરંતુ તેમના મોડેલ્સ - બોલ્સ, અને વાસ્તવમાં તેમની વચ્ચે કોઈ કનેક્ટિંગ સળિયા અથવા વાયર નથી. આ પદાર્થમાં અણુઓની ગોઠવણીની પરંપરાગત છબી છે.

પદાર્થના કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે તે ત્રણ અવસ્થામાં હોઈ શકે છે: ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ. ઉદાહરણ તરીકે, બરફ, પાણી, વરાળ (ફિગ. 112). કોઈપણ પદાર્થ ત્રણ રાજ્યોમાં હોઈ શકે છે, પરંતુ આ માટે અમુક શરતોની જરૂર છે: દબાણ, તાપમાન. ઉદાહરણ તરીકે, હવામાં ઓક્સિજન એ એક વાયુ છે, પરંતુ જ્યારે -193°C થી નીચે ઠંડુ થાય છે ત્યારે તે પ્રવાહીમાં ફેરવાય છે, અને -219°C ના તાપમાને ઓક્સિજન ઘન છે. સામાન્ય દબાણ અને ઓરડાના તાપમાને આયર્ન ઘન સ્થિતિમાં હોય છે. 1539 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરના તાપમાને, આયર્ન પ્રવાહી બની જાય છે, અને 3050 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરના તાપમાને, તે વાયુયુક્ત બને છે. તબીબી થર્મોમીટર્સમાં વપરાતો પ્રવાહી પારો જ્યારે -39°C થી નીચેના તાપમાને ઠંડુ થાય છે ત્યારે ઘન બને છે. 357 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરના તાપમાને, પારો વરાળ (ગેસ) માં ફેરવાય છે.

ચોખા. 112

ધાતુના ચાંદીને ગેસમાં ફેરવીને, "મિરર" ચશ્મા બનાવવા માટે તેને કાચ પર છાંટવામાં આવે છે.

વિવિધ રાજ્યોમાં પદાર્થોના કયા ગુણધર્મો છે?

ચાલો વાયુઓથી શરૂઆત કરીએ જેમાં પરમાણુઓનું વર્તન (ફિગ. 113) મધમાખીઓની હિલચાલ જીગરી જેવું લાગે છે. જો કે, મધમાખીઓ એક જીવાડે સ્વતંત્ર રીતે ચળવળની દિશા બદલી નાખે છે અને વ્યવહારીક રીતે એકબીજા સાથે અથડાતી નથી. તે જ સમયે, ગેસમાંના પરમાણુઓ માટે આવી અથડામણો માત્ર અનિવાર્ય નથી, પરંતુ લગભગ સતત થાય છે. અથડામણના પરિણામે, પરમાણુઓની દિશાઓ અને ગતિ બદલાય છે.

ચોખા. 113

આવી ચળવળનું પરિણામ અને ચળવળ દરમિયાન કણો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભાવ એ છે ગેસ ન તો વોલ્યુમ કે આકાર જાળવી રાખે છે, પરંતુ તેને પૂરા પાડવામાં આવેલ સમગ્ર વોલ્યુમ ધરાવે છે. તમારામાંના દરેક નીચેના નિવેદનોને સંપૂર્ણ વાહિયાત માનશે: "હવા ઓરડાના અડધા ભાગ પર કબજો કરે છે" અને "મેં રબરના બોલના વોલ્યુમના બે તૃતીયાંશ ભાગમાં હવા પમ્પ કરી છે." હવા, કોઈપણ ગેસની જેમ, ઓરડાના સમગ્ર વોલ્યુમ અને બોલના સમગ્ર વોલ્યુમ પર કબજો કરે છે.

પ્રવાહીમાં કયા ગુણધર્મો હોય છે? ચાલો એક પ્રયોગ કરીએ.

ચોખા. 114

બીકર 1 માંથી બીકર 2 માં પાણી રેડવું. પ્રવાહીનો આકાર બદલાઈ ગયો છે, પરંતુ વોલ્યુમપાણી એ જ રહી(ફિગ. 114). પરમાણુઓ સમગ્ર જથ્થામાં વેરવિખેર થયા ન હતા, જેમ કે ગેસના કિસ્સામાં હશે. આનો અર્થ એ છે કે પ્રવાહી પરમાણુઓનું પરસ્પર આકર્ષણ અસ્તિત્વમાં છે, પરંતુ તે પડોશી અણુઓને સખત રીતે પકડી શકતું નથી. તેઓ ઓસીલેટ કરે છે અને એક જગ્યાએથી બીજી જગ્યાએ જાય છે (ફિગ. 115), જે પ્રવાહીની પ્રવાહીતાને સમજાવે છે.

ફિગ. 115

સૌથી મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઘન કણો વચ્ચે છે. તે કણોને વિખેરવા દેતું નથી. કણો ચોક્કસ સ્થાનોની આસપાસ માત્ર અસ્તવ્યસ્ત ઓસીલેટરી હલનચલન કરે છે (ફિગ. 116). તેથી જ ઘન પદાર્થો વોલ્યુમ અને આકાર બંને જાળવી રાખે છે. રબર બોલ તેના બોલના આકાર અને વોલ્યુમને જાળવી રાખશે, ભલે તે ગમે ત્યાં મૂકવામાં આવે: બરણીમાં, ટેબલ પર, વગેરે.

ચોખા. 116

વિચારો અને જવાબ આપો

1. ગેસના મુખ્ય ગુણધર્મો શું છે?
2. પ્રવાહી શા માટે તેનો આકાર રાખતો નથી?
3. પદાર્થની નક્કર સ્થિતિ પ્રવાહી અને વાયુથી કેવી રીતે અલગ પડે છે?
4. શું પાણીના અણુઓ બરફના અણુઓથી અલગ છે?
5. નીચેનામાંથી કયો પદાર્થ સામાન્ય સ્થિતિમાં (ઓરડાના તાપમાને અને સામાન્ય દબાણ પર) વાયુયુક્ત સ્થિતિમાં હોય છે અને જે પ્રવાહી અથવા ઘન સ્થિતિમાં હોય છે: ટીન, ગેસોલિન, ઓક્સિજન, આયર્ન, પારો, હવા, કાચ, પ્લાસ્ટિક?
6. શું પારો ઘન સ્થિતિમાં અને હવા પ્રવાહી સ્થિતિમાં હોઈ શકે? કઈ શરતો હેઠળ?

હોમવર્ક

1. પ્લાસ્ટિકની બોટલ (0.5 l) ઉપર પાણીથી ભરો અને તેને ઢાંકણ વડે ચુસ્તપણે બંધ કરો. એક બોટલમાં પાણી સ્ક્વિઝ કરવાનો પ્રયાસ કરો. પછી પાણી રેડો અને બોટલને ફરીથી કેપ કરો. હવે તેમાં હવાને કોમ્પ્રેસ કરો. પ્રાયોગિક પરિણામોના આધારે, વાયુઓ અને પ્રવાહીની રચના વિશે એક પૂર્વધારણા ઘડવો.
2. સ્પર્ધાનું કાર્ય: એક ટેબલ બનાવો જેમાં તમે હલનચલનની પ્રકૃતિ, કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તેમજ વાયુ, ઘન અને પ્રવાહી અવસ્થામાં દ્રવ્યના ગુણધર્મોની તુલના કરો. સ્પર્ધાનો વિજેતા તે હશે જેના ટેબલમાં સૌથી સંપૂર્ણ અને સાચી માહિતી હશે.

ચાલો આપણે જે શીખ્યા તેમાં મુખ્ય વસ્તુનું પુનરાવર્તન કરીએ

• બધા પદાર્થોમાં વ્યક્તિગત કણો (અણુઓ, પરમાણુઓ) હોય છે, જેની વચ્ચે અંતર હોય છે.
• પદાર્થોના કણો સતત અને અસ્તવ્યસ્ત રીતે આગળ વધે છે.
• શરીરનું તાપમાન જેટલું ઊંચું છે, કણોની હિલચાલની ગતિ વધારે છે.
• પ્રસરણ એ પદાર્થોના એકબીજામાં પરસ્પર પ્રવેશની ઘટના છે. પ્રસરણ ખાસ કરીને વાયુઓમાં ઝડપથી, પ્રવાહીમાં ધીમા અને ઘન પદાર્થોમાં ખૂબ જ ધીરે ધીરે થાય છે. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, પ્રસરણ ઝડપથી થાય છે.
• કણોના કદ કરતાં વધુ અંતરે, કણોનું આકર્ષણ પ્રબળ છે. કણોના કદ કરતા નાના અંતર પર, ત્યાં પ્રતિકૂળતા છે. કણોનું આકર્ષણ ખૂબ જ ઝડપથી નબળું પડે છે કારણ કે તેઓ એકબીજાથી દૂર જાય છે.
• જ્યારે શરીર ગરમ થાય છે ત્યારે તેના કદમાં ફેરફાર થર્મલ વિસ્તરણ કહેવાય છે.
• વિવિધ ઘન અને પ્રવાહીનું થર્મલ વિસ્તરણ અલગ છે, પરંતુ તમામ વાયુઓનું વિસ્તરણ સમાન છે.

પ્રવાહીના ભૌતિક ગુણધર્મો.

પરિમાણીય વિશ્લેષણ પદ્ધતિ

પરિચય

અહીં પ્રસ્તુત વ્યાખ્યાન નોંધોનો ભાગ પ્રથમ છે, જેમાંથી હાઇડ્રોલિક્સનો મુખ્ય અભ્યાસક્રમ ક્રમિક રીતે પ્રગટ થાય છે. આ ફોર્મમાં હાઇડ્રોલિક્સ કોર્સની રજૂઆત મુખ્યત્વે પૂર્ણ-સમયના વિદ્યાર્થીઓને સંબોધવામાં આવે છે, પરંતુ કેટલાક ગોઠવણો સાથે તે સાંજના, પાર્ટ-ટાઇમ અને પાર્ટ-ટાઇમ વિદ્યાર્થીઓ માટે મુખ્ય પાઠ્યપુસ્તક તરીકે સેવા આપી શકે છે.

આ ભાગ, અન્ય તમામની જેમ, બે વિભાગોનો સમાવેશ કરે છે - મુખ્ય અને વધારાના. મુખ્ય વિભાગ દરેક માટે ફરજિયાત છે, અને વધારાના (સામાન્ય રીતે વધુ જટિલ) વિભાગનો અભ્યાસ શિક્ષકની ભલામણ પર કરવામાં આવે છે.

વ્યાખ્યાનના આ ભાગના પ્રથમ વિભાગમાં પ્રવાહી અને વાયુઓના મૂળભૂત ભૌતિક ગુણધર્મોની રૂપરેખા આપવામાં આવી છે, જે ભૌતિકશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાંથી જાણીતી છે. પ્રવાહી અને વાયુઓના ભૌતિક ગુણધર્મોની વિચારણા હાઇડ્રોલિક ઘટનાના સંબંધમાં ઇજનેરી દૃષ્ટિકોણથી હાથ ધરવામાં આવે છે; અપવાદ એ પ્રવાહીની સપાટીના ગુણધર્મોની રજૂઆત છે (સપાટીનું તાણ, રુધિરકેશિકા). વાયુઓમાં થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓ ધ્યાનમાં લેવામાં આવતી નથી; આ કોર્સના સંબંધિત ભાગમાં કરવામાં આવે છે ("ગેસ ડાયનેમિક્સ").

બીજો વિભાગ હાઇડ્રોલિક સમસ્યાઓ પર લાગુ થતી પરિમાણીય વિશ્લેષણ પદ્ધતિની મૂળભૂત બાબતોને સમર્પિત છે. અમારા મતે, દરેક એન્જિનિયરને પરિમાણીય વિશ્લેષણનો ખ્યાલ હોવો જોઈએ, કારણ કે આ પદ્ધતિ અત્યંત સાર્વત્રિક છે. તેની વિશિષ્ટતા એ છે કે તે વધુ સફળતાપૂર્વક લાગુ થાય છે, ઘટનાની પ્રકૃતિને વધુ સારી રીતે સમજાય છે; આ સંદર્ભમાં, ઉદાહરણો અને સમસ્યાઓ પર વિચાર કરતી વખતે, ભૌતિક અર્થ પર વિશેષ ધ્યાન આપવામાં આવ્યું હતું - તેથી તે ઉદાહરણો અને સમસ્યાઓને ફરી એકવાર જોવા યોગ્ય છે.

પરિમાણીય વિશ્લેષણની પદ્ધતિને કેવી રીતે લાગુ કરવી તે શીખવા માટે, તેની મદદથી શક્ય તેટલી સમસ્યાઓ હલ કરવી અને ઉદાહરણોનું વિશ્લેષણ કરવું જરૂરી છે, તેથી બીજા વિભાગમાં મુખ્યત્વે ઉદાહરણો અને સમસ્યાઓનો સમાવેશ થાય છે (સૈદ્ધાંતિક સામગ્રીની ન્યૂનતમ, સૌથી જરૂરી રકમ આપવામાં આવે છે). ઉદાહરણો, એક નિયમ તરીકે, વિગતવાર રજૂ કરવામાં આવે છે, અને કાર્યો વધુ સંક્ષિપ્ત છે, જો કે તેમાંના દરેક માટે સ્પષ્ટતા આપવામાં આવે છે. બધી સમસ્યાઓને સ્વતંત્ર રીતે હલ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે, અને પછી ટેક્સ્ટમાં આપેલા ઉકેલ સાથે પરિણામી ઉકેલની તુલના કરો. કેટલીક સમસ્યાઓ સંપૂર્ણપણે હલ થઈ નથી - તેમાંથી કેટલીક પરંપરાગત રીતે પરિમાણીય વિશ્લેષણ પદ્ધતિ (હાઈડ્રોલિક હેમર) નો ઉપયોગ કરીને ઉકેલી શકાઈ નથી, જ્યારે અન્ય હજુ સુધી સંપૂર્ણપણે હલ થઈ નથી (બ્રિજ સપોર્ટ પર વોશઆઉટ). લેખક આશા રાખે છે કે પરિમાણીય પૃથ્થકરણ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને મોટી સંખ્યામાં સમસ્યાઓ હલ કરવામાં આવી છે, આ પ્રમાણ આ સાર્વત્રિક પદ્ધતિની નિપુણતાની ગુણવત્તામાં ફેરવાશે.

પ્રવાહી અને વાયુઓના ભૌતિક ગુણધર્મો

1. અભ્યાસનો હેતુ

પ્રવાહી (અથવા ગેસ) એ ભૌતિક શરીર છે જેના કણો એકબીજાની તુલનામાં ખૂબ ઊંચી ગતિશીલતા ધરાવે છે.

ભવિષ્યમાં, માત્ર બાહ્ય કારણો (ગુરુત્વાકર્ષણ, બાહ્ય દબાણ, વગેરે) દ્વારા થતા પ્રવાહી અને વાયુઓની સંતુલન અને હિલચાલનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.

2. પ્રવાહી અને વાયુઓની ભૌતિક રચના

કોઈપણ શરીર એ વિશાળ સંખ્યામાં પરમાણુઓ છે જે એકબીજા સાથે ફરતા અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. તે તદ્દન સ્વાભાવિક લાગે છે કે જ્યારે પરમાણુઓની એકબીજા સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નબળી હોય છે, ત્યારે અણુઓએ ગેસ બનાવવો જોઈએ; અન્યથા, જ્યારે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા મજબૂત હોય છે, તે મધ્યવર્તી કિસ્સામાં, તે એક પ્રવાહી છે; નબળા અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ નક્કી કરવા માટે, પરમાણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જાને તેમની ગતિ ઊર્જા સાથે સરખાવી જોઈએ. પરમાણુ ગતિના સિદ્ધાંત પરથી તે જાણીતું છે કે પરમાણુઓની અસ્તવ્યસ્ત ગતિની સરેરાશ ગતિ ઊર્જા ઇતાપમાન સાથે સીધો સંબંધ ટીસિસ્ટમો

ઇ = 2/3kટી,

જ્યાં k- સતત; ટી- સંપૂર્ણ તાપમાન.

પરમાણુ બંધારણમાં પ્રવાહી ઘન અને વાયુઓ વચ્ચે મધ્યવર્તી સ્થાન ધરાવે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે પ્રવાહીના પરમાણુઓ ઘન પદાર્થોના પરમાણુઓ જેટલા ગીચ સ્થિત છે. આ હકીકતની પુષ્ટિ કરવા માટે, ચાલો યાદ રાખો કે જ્યારે સ્થિર થાય છે, ત્યારે પાણી ઘન પદાર્થમાં ફેરવાય છે - બરફ, જેની ઘનતા પાણી કરતાં પણ ઓછી હોય છે. એક સરળ, પરંતુ દેખીતી રીતે ગુણાત્મક રીતે સાચા મોડેલ મુજબ, પ્રવાહી પરમાણુઓની થર્મલ હિલચાલ ચોક્કસ કેન્દ્રોની તુલનામાં અનિયમિત સ્પંદનોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે; ભૌતિક રચનાના આવા લક્ષણો ચોક્કસ ગુણધર્મોના કારણો છે, ઉદાહરણ તરીકે, પ્રવાહીતા.

પ્રવાહીતા એ પ્રવાહીની ક્ષમતા છે જે ભાગોમાં તોડ્યા વિના તેના આકારને બદલી શકે છે, નાના દળોના પ્રભાવ હેઠળ, ખાસ કરીને, તે જે વહાણમાં સ્થિત છે તેનો આકાર લેવાની.

યાંત્રિક ગુણધર્મોના દૃષ્ટિકોણથી સતત પ્રવાહીને બે વર્ગોમાં વહેંચવામાં આવે છે: ઓછા-સંકોચનીય (ટીપું) અને સંકોચનીય (વાયુયુક્ત). ભૌતિકશાસ્ત્રના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, ટીપું પ્રવાહી ગેસ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે; પ્રવાહી મિકેનિક્સના દૃષ્ટિકોણથી, તેમની વચ્ચેનો તફાવત એટલો મહાન નથી. મોટે ભાગે, ટીપું પ્રવાહી માટે માન્ય કાયદાઓ વાયુઓ પર પણ લાગુ થઈ શકે છે જ્યાં તેમની સંકુચિતતાને ધ્યાનમાં લઈ શકાતી નથી (ઉદાહરણ તરીકે, વેન્ટિલેશન નળીઓની ગણતરી કરતી વખતે). શબ્દના વ્યાપક અર્થમાં પ્રવાહીને દર્શાવતા કોઈ વિશિષ્ટ શબ્દના અભાવને કારણે, પછી આપણે "ડ્રોપલેટ લિક્વિડ", "ગેસ" અને "પ્રવાહી" શબ્દોનો વ્યાપક અર્થમાં ઉપયોગ કરીને, આવરી લઈશું. ટીપું પ્રવાહી અને ગેસ બંને (t એટલે કે, પ્રવાહી દ્વારા અમારો અર્થ કોઈપણ માધ્યમ કે જેમાં પ્રવાહીતાની મિલકત હોય). ટીપાં પ્રવાહીમાં સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત વોલ્યુમ હોય છે, જેનું કદ દળોના પ્રભાવ હેઠળ વ્યવહારીક રીતે બદલાતું નથી. પ્રવાહીની સૌથી લાક્ષણિક મિલકત તેની આઇસોટ્રોપી છે, એટલે કે. બધી દિશાઓમાં સમાન ગુણધર્મો: સમાન થર્મલ વાહકતા, યાંત્રિક ગુણધર્મો, વિવિધ તરંગોના પ્રસારની ગતિ, વગેરે.

વાયુઓ, તેમને પૂરી પાડવામાં આવેલ તમામ જગ્યા પર કબજો કરે છે, દળોના પ્રભાવ હેઠળ વોલ્યુમ, સંકુચિત અને વિસ્તરણમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર કરી શકે છે; ખાસ કરીને, તેઓ માત્ર દબાણ હેઠળ અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. દબાણની ગેરહાજરીમાં, ગેસ મર્યાદા વિના વિસ્તરણ કરશે; તેથી, એવું માનવું જરૂરી છે કે સામાન્ય સ્થિતિમાં ગેસની અંદરનું દબાણ શૂન્યથી અલગ હોય છે.

દ્રવ્યના આધુનિક પરમાણુ ગતિના સિદ્ધાંતમાં, પદાર્થના એકત્રીકરણની વિવિધ સ્થિતિઓ તેના કણોની ગોઠવણીમાં વિવિધ ડિગ્રીઓ સાથે સંકળાયેલી હોય છે. વાયુની સ્થિતિ પરમાણુઓની સંપૂર્ણ અવ્યવસ્થિત, અસ્તવ્યસ્ત ગોઠવણી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તેનાથી વિપરીત, એક આદર્શ સ્ફટિકમાં કણો કડક ક્રમમાં ગોઠવાયેલા હોય છે જે સમગ્ર સ્ફટિકમાં વિસ્તરે છે. સ્ફટિકીય ઘન પદાર્થોમાં કણોની યોગ્ય ગોઠવણી સ્ફટિકો દ્વારા એક્સ-રેના વેરવિખેર પરના પ્રયોગો દ્વારા પ્રાયોગિક રીતે પુષ્ટિ થાય છે.

આ પ્રયોગોએ તે શક્ય બનાવ્યું, ઉદાહરણ તરીકે, એ સ્થાપિત કરવું કે સંખ્યાબંધ સ્ફટિકોમાંના અણુઓ કહેવાતા કેન્દ્રિત ઘન સ્ફટિક જાળી બનાવે છે (ફિગ. 58, a). આવા સ્ફટિક જાળીના સ્થળો પર સ્થિત અણુઓ મનસ્વી રીતે પસંદ કરેલા અણુથી ખૂબ જ ચોક્કસ અંતરે સ્થિત છે (O - ફિગ. 58 માં). વિચારણા હેઠળની સ્ફટિક જાળી એ હકીકત દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે કે પસંદ કરેલ અણુથી અંતરે 8 અણુઓ છે, અણુઓના અંતરે, વગેરે.

જાળીમાં અણુઓના સૂચવેલ અવકાશી વિતરણને એબ્સીસા અક્ષ પર અને ઓર્ડિનેટ અક્ષ પર O અણુની આસપાસ વર્ણવેલ ત્રિજ્યા સાથે ગોળાકાર સપાટીના એક ચોરસ સેન્ટિમીટર પર સ્થિત અણુઓની સંખ્યા જેટલું મૂલ્ય દર્શાવીને ગ્રાફિકલી રીતે ચિત્રિત કરી શકાય છે. મૂળ તરીકે પસંદ કરેલ.

આ સિદ્ધાંત અનુસાર બાંધવામાં આવેલ આલેખ આકૃતિ 58, b માં બતાવવામાં આવ્યો છે.

ચોખા. 58 સ્ફટિક જાળીનું માળખું અને જાળીમાં પડોશી અણુઓની સંખ્યાની અવલંબન એંગસ્ટ્રોમમાં દર્શાવવામાં આવેલા અંતર પર.

એક્સ-રે પદ્ધતિ પ્રાયોગિક પરિણામોના આધારે, અભ્યાસ હેઠળના તમામ પદાર્થો માટે સમાન આલેખની ગણતરી અને નિર્માણ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

તેમના સ્ફટિકીકરણ તાપમાનની નજીકના તાપમાને સૌથી સરળ (અણુ) પ્રવાહીની રચનાના અભ્યાસ માટે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ એ હકીકતની સ્થાપના તરફ દોરી ગયો જે પ્રવાહી સ્થિતિના સિદ્ધાંત માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. તે બહાર આવ્યું છે કે આ શરતો હેઠળ, સ્ફટિકની લાક્ષણિકતા કણોની ગોઠવણીનો ક્રમ મોટાભાગે પ્રવાહીમાં સચવાય છે. અણુ પ્રવાહીના એક્સ-રે પેટર્ન પાવડરી સ્ફટિકીય ઘન પદાર્થો માટે મેળવેલા એક્સ-રે પેટર્નને મળતા આવે છે. સમાન પ્રયોગો દર્શાવે છે કે વધતા તાપમાન સાથે આ ક્રમ ઘટે છે, પ્રવાહી કણોની ગોઠવણી ગેસ કણોની ગોઠવણીની લાક્ષણિકતા સુધી પહોંચે છે. આ પ્રયોગોના પરિણામોને સમજાવવા માટે કેટલાક સિદ્ધાંતો પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે. તેમાંથી એક અનુસાર, પ્રવાહીમાં એક આકારહીન અવસ્થામાં પદાર્થની પાતળી ફિલ્મો દ્વારા અલગ કરાયેલ સબમાઇક્રોસ્કોપિક સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે, જે કણોની રેન્ડમ ગોઠવણી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સબમાઇક્રોસ્કોપિક સ્ફટિકોને સાયબોટેક્ટિક પ્રદેશો કહેવાતા. વાસ્તવિક સ્ફટિકોથી વિપરીત, સિબોટેક્ટિક પ્રદેશો તીવ્રપણે દર્શાવેલ નથી;

કણોની અવ્યવસ્થિત ગોઠવણીના વિસ્તારોમાં સરળતાથી સંક્રમણ. વધુમાં, સિબોટેક્ટિક પ્રદેશો કાયમી નથી; તેઓ સતત નાશ પામે છે અને ફરીથી ઉભરી આવે છે. કણોની ક્રમબદ્ધ ગોઠવણીના પ્રદેશોની હાજરી એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે પ્રવાહીના મોટાભાગના પરમાણુઓ માટે, તેમની બાજુના કણો ચોક્કસ ક્રમમાં સ્થિત છે, જે આપેલ પ્રવાહીની લાક્ષણિકતા છે. જો કે, એકબીજાના સંબંધમાં વ્યક્તિગત સાયબોટેક્ટિક જૂથોના અસ્તવ્યસ્ત અભિગમને કારણે, પરમાણુઓની ગોઠવણી આપેલ અણુની નજીકના પડોશીઓ સુધી જ વિસ્તરે છે.

ચોખા. 59. આદર્શ સ્ફટિક અને પ્રવાહીની રચનાની સરખામણી.

ત્રણથી ચાર પરમાણુ વ્યાસના અંતરે, ક્રમ એટલી મજબૂત રીતે ઘટે છે કે પદાર્થના કણોની ગોઠવણીમાં યોગ્ય ક્રમ વિશે વાત કરવાનો કોઈ અર્થ નથી.

હવે તે સામાન્ય રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે કે પ્રવાહીને તેના કણોની ગોઠવણીમાં ટૂંકા-શ્રેણીના ક્રમ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, સ્ફટિકોથી વિપરીત, જે લાંબા અંતરના ક્રમ દ્વારા લાક્ષણિકતા ધરાવે છે.

સ્ફટિકીય ઘન અને પ્રવાહીની રચનામાં તફાવત આકૃતિ 59 માં યોજનાકીય રીતે બતાવવામાં આવ્યો છે. આકૃતિમાં ડાબી બાજુએ આદર્શ અનુમાનિત સ્ફટિકનું માળખું છે. સ્ફટિકમાં ગમે ત્યાં તેના માળખાકીય કણો એકબીજાની તુલનામાં કડક રીતે વ્યાખ્યાયિત સ્થાન ધરાવે છે. જો કે, પ્રવાહીમાં (જમણી બાજુની આકૃતિમાં), મનસ્વી રીતે પસંદ કરાયેલ O પરમાણુની નજીકમાં, પડોશી પરમાણુઓ સ્ફટિકીય (દિશા અને તેનાથી અલગ (દિશા)) બંનેની ખૂબ નજીક ગોઠવણી ધરાવી શકે છે. કોઈ પણ સંજોગોમાં, પ્રવાહીમાં પડોશી અણુઓની લગભગ "સ્ફટિકીય" ગોઠવણી છે ("શોર્ટ-રેન્જ ઓર્ડર") અને લાંબા-અંતરના અણુઓની ગોઠવણીમાં કડક હુકમનું ઉલ્લંઘન ("લાંબા-અંતરના ઓર્ડર"નો અભાવ).

એ પણ નોંધવું જોઈએ કે વિચારણા હેઠળની આકૃતિમાં કણોની સંખ્યા વ્યવસ્થિત રીતે ગોઠવવામાં આવી છે (ફિગ. 59, a)

અવ્યવસ્થિત રીતે ગોઠવાયેલા કણોની સંખ્યા સાથે સમાન (ફિગ. 59, બી). અનુરૂપ વિસ્તારોની સરખામણી અમને ખાતરી આપે છે કે પ્રવાહીની લાક્ષણિકતા કણોની અવ્યવસ્થિત ગોઠવણી સાથે, તે ક્રમબદ્ધ, સ્ફટિકીય ગોઠવણી કરતાં વધુ મોટા જથ્થા પર કબજો કરે છે.

પ્રવાહીના એક્સ-રે વિવર્તન અભ્યાસના પરિણામો પણ પ્રવાહીના ક્વાસિક્રિસ્ટલાઇન માળખાના ખ્યાલના આધારે સમજાવી શકાય છે. આ સમજાવવા માટે, ચાલો એક આદર્શ સ્ફટિકમાં અણુઓની ગોઠવણી તરફ વળીએ. જો તમે માનસિક રીતે આવા સ્ફટિકમાં કોઈપણ પરમાણુ પસંદ કરો છો અને તે નક્કી કરવાનો પ્રયાસ કરો છો કે પડોશી અણુ પ્રથમ એકથી થોડા અંતરે મળવાની સંભાવના કેટલી છે, તો થર્મલ ગતિની ગેરહાજરીમાં ઇચ્છિત સંભાવના કરતાં ઓછા અંતરે શૂન્ય જેટલી હશે. જે અંતર પર તે એકતા સમાન બનશે. આનો અર્થ એ છે કે આપેલ દિશામાં, પડોશી અણુ હંમેશા મૂળ એકથી સમાન અંતરે મળે છે.

મોટા પરંતુ નાના અંતર પર, ઇચ્છિત સંભાવના ફરીથી શૂન્યની બરાબર હશે, અને એકના અંતરે. આ પરિસ્થિતિ સમગ્ર સ્ફટિકમાં પુનરાવર્તિત થશે: અણુનો સામનો કરવાની સંભાવના તમામ અંતર માટે એકતા સમાન હશે જે ગુણાંકમાં છે.

સ્ફટિકમાં અણુઓની થર્મલ વાઇબ્રેશનલ ગતિ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે પડોશી પરમાણુને મળવાની સંભાવના શૂન્યની બરાબર નહીં હોય, તેનાથી સહેજ અલગ અંતરે પણ, પડોશી અણુ, ઓસીલેટીંગ, સહેજ નજીક આવશે જે તે ગણવામાં આવે છે, અને બીજા કિસ્સામાં - કાઢી નાખવામાં આવશે. ગ્રાફિકલી, સંદર્ભ બિંદુ તરીકે પસંદ કરેલ અણુ અને અણુ વચ્ચેના અંતરને આધારે અણુનો સામનો કરવાની સંભાવનામાં ફેરફાર લાક્ષણિક વળાંક (આકૃતિ 60 નો ઉપરનો ભાગ) દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યો છે.

ગ્રાફની એક વિશિષ્ટ વિશેષતા એ વળાંકના વ્યક્તિગત ઘંટડી-આકારના વિભાગોની પહોળાઈની સ્થિરતા છે. તે આ સ્થિરતા છે જે સમગ્ર સ્ફટિકમાં ઓર્ડરની જાળવણી સૂચવે છે.

પ્રવાહીમાં એક અલગ ચિત્ર જોવા મળે છે (ફિગ. 60, નીચે). ગુણાત્મક રીતે, મૂળ અણુથી કોઈપણ અંતરે અણુનો સામનો કરવાની સંભાવના બદલાય છે, જેમ કે તે સ્ફટિકમાં થાય છે. જો કે, આ કિસ્સામાં, વળાંકનો માત્ર પ્રથમ ઘંટડી-આકારનો વિભાગ સ્પષ્ટ મહત્તમ તરીકે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. અનુગામી ઘંટડી-આકારના વિભાગો, વિસ્તરે છે, એકબીજાને ઓવરલેપ કરે છે, જેથી વળાંક પરનો મેક્સિમા પ્રમાણમાં ઝડપથી અદૃશ્ય થઈ જાય.

આમ, પ્રવાહીમાં એકબીજાની નજીકના કણોની ગોઠવણી સ્ફટિકમાં કણોની ગોઠવણી જેવું લાગે છે.

નક્કર શરીર જેમ જેમ તમે મૂળ પરમાણુથી દૂર જાઓ છો, જેની તુલનામાં ગણતરી કરવામાં આવે છે, કણોની સ્થિતિ વધુ ને વધુ અવ્યવસ્થિત થતી જાય છે. કોઈપણ અંતરે કણનો સામનો કરવાની સંભાવના લગભગ સમાન બની જાય છે, જેમ કે વાયુઓમાં થાય છે.

અલબત્ત, અણુઓના સ્થાનમાં અનિશ્ચિતતામાં વધારો તેમના થર્મલ સ્પંદનોના કંપનવિસ્તારમાં વધારો દ્વારા નહીં, પરંતુ પ્રવાહી કણોની ગોઠવણીમાં રેન્ડમ વિક્ષેપ દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે.

તે પર ભાર મૂકવો જોઈએ કે પ્રવાહી માટે, સંભાવના વળાંક (ફિગ. 60) પરનો પ્રથમ મહત્તમ પણ સંપૂર્ણપણે ઉકેલાયેલ નથી, એટલે કે, વળાંક મહત્તમની જમણી બાજુએ એબ્સીસા અક્ષને સ્પર્શતો નથી.

ચોખા. 60. આદર્શ સ્ફટિક અને પ્રવાહીમાં અણુઓનું સંભવિત વિતરણ

ભૌતિક રીતે, આનો અર્થ એ છે કે પ્રવાહીમાં આપેલ કણોની સૌથી નજીકના કણોની સંખ્યા ક્રિસ્ટલની જેમ સખત રીતે સ્થિર હોતી નથી.

પ્રવાહીમાં, નજીકના પડોશીઓની સરેરાશ સંખ્યાની સ્થિરતા વિશે જ બોલવું વધુ યોગ્ય છે.

પ્રવાહીના એક્સ-રે વિવર્તન અભ્યાસના પરિણામો જે હાલમાં આપણી પાસે છે તે સિબોટેક્ટિક જૂથોની વિભાવનાના આધારે અને પ્રવાહીના ક્વાસિક્રિસ્ટલાઇન માળખાના ખ્યાલના આધારે બંને સમજાવી શકાય છે. એ નોંધવું જોઇએ કે પ્રવાહીના માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇન અને ક્વાસિક્રિસ્ટલાઇન સિદ્ધાંતો વચ્ચેનો તફાવત નાનો છે. જો આપણે વધુ કે ઓછા લાંબા સમય સુધી પ્રવાહી કણોની સરેરાશ ગોઠવણીનો અભ્યાસ કરીએ, તો બંને સિદ્ધાંતો સમાન પરિણામો તરફ દોરી જશે.

બંને સિદ્ધાંતોમાં ગેરલાભ છે કે, પ્રવાહીની રચનાની ગુણાત્મક રીતે સાચી લાક્ષણિકતાઓનું વર્ણન કરતી વખતે, તેઓ તેના ગુણધર્મોને માત્રાત્મક રીતે દર્શાવવાનું શક્ય બનાવતા નથી.

પ્રવાહી સ્થિતિના વિવિધ "સ્ફટિકીય" સિદ્ધાંતો કહેવાતા "છિદ્ર" સિદ્ધાંત છે.

પ્રવાહી આ સિદ્ધાંત મુજબ, પ્રવાહી એક સ્ફટિક જેવું હોય છે જેમાં મોટી સંખ્યામાં અણુઓ તેમની સહજ સંતુલન સ્થિતિમાંથી વિસ્થાપિત થાય છે. જ્યારે અણુ તેની સંતુલન સ્થિતિમાંથી વિસ્થાપિત થાય છે, ત્યારે એક પ્રકારની ખાલી જગ્યા રહે છે, જેને "છિદ્ર" કહેવામાં આવે છે.

સિદ્ધાંત મુજબ, પ્રવાહીમાં "છિદ્રો" એ પરમાણુઓ વચ્ચેની વધુ કે ઓછી વિસ્તૃત જગ્યાઓ છે જે સ્વયંભૂ ઉદ્ભવે છે, વિસ્તરે છે અને પછી સંકુચિત થાય છે અને ફરીથી અદૃશ્ય થઈ જાય છે.

યા I. ફ્રેન્કેલ મુજબ, પ્રવાહીના "છિદ્ર" સિદ્ધાંતમાં રાજ્યનું સમીકરણ નીચે મુજબ છે:

અહીં V એ તાપમાન પર પ્રવાહીનું દાઢ વોલ્યુમ છે, પ્રવાહી કબજે કરી શકે તે ન્યૂનતમ વોલ્યુમ; છિદ્ર રચના ઊર્જા; બોલ્ટ્ઝમેનનું સતત; એવોગાડ્રોનો નંબર; ન્યૂનતમ છિદ્ર વોલ્યુમ.

જેમ જેમ વારંવાર ભાર મૂકવામાં આવ્યો છે તેમ, જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ તેમ પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોની સમાનતા ઘટે છે અને અનુરૂપ વાયુઓ સાથે તેમની સમાનતા વધે છે. તેથી, તે આશ્ચર્યજનક નથી કે પ્રવાહીના ગુણધર્મોને સમજાવતી વખતે, ઉપર ચર્ચા કરેલ પ્રવાહીના "સ્ફટિકીય" મોડેલો સાથે, સિદ્ધાંતો કે જેમાં પ્રવાહીને અત્યંત સંકુચિત ગેસ સાથે સરખાવાય છે તે વ્યાપક બની છે. આ સિદ્ધાંતોમાં, પ્રવાહીના મુક્ત જથ્થાના વિચાર દ્વારા મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવવામાં આવે છે, જે ચોક્કસપણે નક્કી કરવું મુશ્કેલ છે. પ્રવાહીના મુક્ત જથ્થાની ગણતરી કરવા માટે હાલમાં અસ્તિત્વમાં રહેલી પદ્ધતિઓ આશરે અંદાજિત છે અને, એક નિયમ તરીકે, મૂલ્યો તરફ દોરી જાય છે જે એકબીજાથી અલગ પડે છે.

મુક્ત વોલ્યુમના સિદ્ધાંતોમાંથી, સૌથી વધુ વિકસિત પ્રવાહીના કહેવાતા "સેલ" સિદ્ધાંત છે.

પ્રવાહી પરમાણુઓ એકબીજાની નજીક સ્થિત છે તે હકીકતને કારણે, તેમાંથી દરેકને કોષમાં બંધ ગણવામાં આવે છે, જેની દિવાલો તેના નજીકના પડોશીઓ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. પરમાણુ સ્થાનો બદલી શકે છે, જેથી માનસિક રીતે પસંદ કરેલ કોષની મધ્યમાં સ્થિત પરમાણુ, થોડા સમય પછી, નજીકના કોષમાં જઈ શકે છે. જો કે, આવા કણોનું સ્થળાંતર પ્રમાણમાં ભાગ્યે જ થાય છે, અને પરમાણુ તેનો મોટાભાગનો સમય આપેલ કોષની અંદર વિતાવે છે.

કોષમાં પરમાણુની હિલચાલ તેના નજીકના પડોશીઓ દ્વારા રચાયેલા બળ ક્ષેત્રમાં થાય છે, જેની સંખ્યા સાદા પ્રવાહી માટે 12 માનવામાં આવે છે.

આ સિદ્ધાંત ઊંચા તાપમાને પ્રવાહીને લાગુ પડતો હોવાથી, જ્યારે પદાર્થની રચનાનો પ્રભાવ વ્યવહારીક રીતે અપ્રભાવિત હોય છે, ત્યારે બળ ક્ષેત્ર કે જેમાં કણોની ગતિ થાય છે તેને ગોળાકાર રૂપે સપ્રમાણ ગણી શકાય.

કણો વચ્ચેના અંતર પર પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સંભવિત ઊર્જાની અવલંબનનું ચોક્કસ સ્વરૂપ લઈને અને સંખ્યાબંધ સરળ ધારણાઓ બનાવીને, કોઈ એક એકમ કોષમાં સ્થિત કણની સંભવિત ઊર્જા માટે અભિવ્યક્તિ શોધી શકે છે. આ અભિવ્યક્તિ સામાન્ય રીતે નીચેના સ્વરૂપમાં આપવામાં આવે છે:

જ્યાં V એ કણ દીઠ ગોળાકાર કોષનું કદ અને સ્થિરાંકો છે.

આ કિસ્સામાં પ્રવાહીની સ્થિતિનું સમીકરણ નીચેના સ્વરૂપમાં લખી શકાય છે:

અહીં દબાણ, બોલ્ટ્ઝમેનનું સતત અને તાપમાન છે. છેલ્લી અભિવ્યક્તિમાં મૂલ્યને બદલીને, વ્યક્તિગત પ્રવાહીની ઘણી ભૌતિક અને રાસાયણિક લાક્ષણિકતાઓનું પ્રમાણ નક્કી કરવું શક્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રવાહીના કોષ સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરીને, વિવિધ સરળ પદાર્થોના નિર્ણાયક પરિમાણોની ગણતરી કરવી શક્ય છે. સૌથી સરળ વાયુઓના કિસ્સામાં નિર્ણાયક તાપમાનના ગણતરી કરેલ મૂલ્યો હાઇડ્રોજન 41°, નિયોન 47°, નાઇટ્રોજન 128° અને આર્ગોન 160° માટે સંપૂર્ણ સ્કેલ પર સમાન હોવાનું બહાર આવ્યું છે, જ્યારે પ્રાયોગિક મૂલ્યો અનુક્રમે છે. 33°, 44°, 126° અને 150° K. આપેલ આ ઉદાહરણમાં, સૈદ્ધાંતિક રીતે ગણવામાં આવતા મૂલ્યો અને પ્રાયોગિક રીતે મળેલા મૂલ્યો વચ્ચેનો કરાર તદ્દન સંતોષકારક છે.

જો કે, એ નોંધવું જોઈએ કે દબાણ માટે ઉપર લખાયેલ અભિવ્યક્તિ, સખત રીતે કહીએ તો, વાસ્તવિક ગેસ માટે માન્ય છે, અને પ્રવાહી માટે નહીં, અને તેથી સિદ્ધાંત અને પ્રયોગ વચ્ચે ખૂબ સારા કરારની અપેક્ષા રાખવાનું કોઈ કારણ નથી. આ ટિપ્પણી હોવા છતાં, ફ્રી વોલ્યુમ થિયરીના તેના ફાયદા છે, જેમાંથી આપણે ઉપયોગમાં લેવાતા ભૌતિક મોડલ્સની સરળતા અને પ્રયોગ સાથે સિદ્ધાંતની જથ્થાત્મક સરખામણીની શક્યતાને ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ.

સેલ થિયરી પ્રવાહીના ગુણધર્મોને પ્રમાણમાં સરળ રીતે સમજાવવાનું અને તેમની કેટલીક લાક્ષણિકતાઓને પ્રથમ અંદાજમાં ગણવાનું શક્ય બનાવે છે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે, પ્રવાહીનો આંકડાકીય સિદ્ધાંત વધુ સખત છે. આ સિદ્ધાંતમાં, બે ભૌતિક જથ્થાઓ મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. આમાંના પ્રથમ જથ્થાને રેડનલ ડિસ્ટ્રિબ્યુશન ફંક્શન કહેવામાં આવે છે, બીજાને - આંતર-પરમાણુ સંભવિત. રેડિયલ

ડિસ્ટ્રિબ્યુશન ફંક્શન, અમુક ચોક્કસ અંતરે પ્રવાહીમાં કણોની મનસ્વી રીતે પસંદ કરેલી જોડીને મળવાની સંભાવના નક્કી કરે છે, જે આંતરપરમાણુ સંભવિત પ્રવાહી પરમાણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નક્કી કરે છે. આ બે જથ્થાઓનું જ્ઞાન વ્યક્તિને પ્રવાહીની સ્થિતિ અને ઊર્જાના સૈદ્ધાંતિક રીતે સખત સમીકરણો લખવા અને તેની વિવિધ ભૌતિક અને રાસાયણિક લાક્ષણિકતાઓને માત્રાત્મક રીતે વ્યક્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે.

એક્સ-રે માળખાકીય વિશ્લેષણ ડેટાના આધારે સંખ્યાબંધ પ્રવાહી માટે રેડિયલ વિતરણ કાર્ય પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરી શકાય છે. જો કે, ચોક્કસ પ્રવાહી માટે આંતરમોલેક્યુલર સંભવિતતા નક્કી કરવામાં અને ગણતરી કરવામાં નોંધપાત્ર મુશ્કેલીઓ અમને પરિણામી સમીકરણોને લગભગ હલ કરવા દબાણ કરે છે.

આ સંજોગો પ્રવાહીના આંકડાકીય સિદ્ધાંતને પ્રયોગ સાથે જથ્થાત્મક રીતે સરખાવવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. જો કે, આપણે ભૂલવું ન જોઈએ કે આ સિદ્ધાંત ગુણાત્મક રીતે પ્રવાહીના ઘણા ગુણધર્મો અને તેમની અંતર્ગત પેટર્નની યોગ્ય રીતે આગાહી કરે છે.

તે પદાર્થના વિવિધ ગુણધર્મોની સાચી આગાહી કરવાની ક્ષમતા છે જે પ્રવાહી સ્થિતિના આંકડાકીય સિદ્ધાંતનો એક ફાયદો છે.

ભવિષ્યમાં, જ્યારે આંતરમોલેક્યુલર સંભવિતતા માટે સૈદ્ધાંતિક રીતે સખત અભિવ્યક્તિ જોવા મળે છે અને ગણતરીની મુશ્કેલીઓ દૂર થાય છે, ત્યારે આંકડાકીય સિદ્ધાંત દ્રવ્યની પ્રવાહી સ્થિતિની વિશેષતાઓને વધુ સારી રીતે સમજવાનું શક્ય બનાવશે.