Ketika mempertimbangkan gas nyata - gas yang sifatnya bergantung pada interaksi molekul, perlu memperhitungkan kekuatan interaksi antarmolekul. Mereka muncul dari kejauhan< 10-9 м и быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами. Такие силы называются короткодействующими.
Pada abad ke-20, muncul gagasan tentang struktur atom dan mekanika kuantum, ditemukan bahwa gaya tarik menarik dan tolak menolak bekerja secara bersamaan antara molekul suatu zat. Pada Gambar. 88, a menunjukkan ketergantungan kualitatif gaya interaksi antarmolekul pada jarak r antar molekul, di mana F0 dan Fп masing-masing adalah gaya tolak menolak dan gaya tarik menarik, dan F adalah resultannya. Gaya tolak menolak dianggap positif, dan gaya tarik menarik dianggap negatif.
Pada jarak r = r0 gaya yang dihasilkan adalah F = 0, yaitu gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak saling seimbang. Jadi, jarak r0 sesuai dengan jarak kesetimbangan antar molekul di mana mereka akan berada jika tidak ada gerakan termal. Di g< г0 преобладают силы отталкивания (F >0), untuk r > gaya tarik menarik r0 (F< 0). На расстояниях г >10-9 m praktis tidak ada gaya interaksi antarmolekul (F = 0).
Pekerjaan dasar A gaya F dengan bertambahnya jarak antar molekul sebesar dr dilakukan karena penurunan energi potensial timbal balik molekul, yaitu.
Dari analisis ketergantungan kualitatif energi potensial interaksi molekul pada jarak di antara mereka (Gbr. 88, b) maka jika molekul-molekul tersebut terletak satu sama lain pada jarak di mana kekuatan molekuler interaksi tidak beraksi (g ), maka P = 0. Dengan mendekatnya molekul secara bertahap di antara mereka, muncul gaya tarik menarik (F< 0), которые совершают положительную работу (A = Fdr >0). Kemudian menurut (60.1), energi interaksi potensial berkurang hingga mencapai minimum pada r = r0. Di g< г0 с уменьшением г силы отталкивания (F >0) meningkat tajam dan usaha yang dilakukan terhadapnya negatif (A = Fdr< 0). Потенциальная энергия начинает тоже резко возрастать и становится положительной. Из данной потенциальной кривой следует, что система из двух взаимодействующих молекул в состоянии устойчивого равновесия (г = г0) обладает минимальной energi potensial.
2. Persamaan Van der Waals untuk gas nyata
Dengan mempertimbangkan volume intrinsik molekul dan gaya interaksi antarmolekul, fisikawan Belanda I. van der Waals (1837-1923) menurunkan persamaan keadaan gas nyata. Menurut perhitungan van der Waals, tekanan internal berbanding terbalik dengan kuadrat volume molar, yaitu.
di mana a adalah konstanta van der Waals, yang mencirikan gaya tarik-menarik antarmolekul, Vm adalah volume molar.
Dengan melakukan koreksi ini, kita memperoleh persamaan van der Waals untuk satu mol gas (persamaan keadaan gas nyata):
Untuk sejumlah zat v gas (v = m/M), dengan mempertimbangkan fakta bahwa V = vVm, persamaan van der Waals berbentuk
dimana koreksi a dan b adalah besaran konstan untuk setiap gas, ditentukan secara eksperimental (persamaan van der Waals ditulis untuk dua keadaan gas yang diketahui dari pengalaman dan diselesaikan untuk a dan b).
Saat menurunkan persamaan van der Waals, sejumlah penyederhanaan dilakukan, sehingga persamaan ini juga sangat mendekati, meskipun persamaan ini lebih sesuai (terutama untuk gas bertekanan rendah) berdasarkan pengalaman dibandingkan dengan persamaan keadaan gas ideal.
3. Peralihan dari wujud gas ke cair dan padat
Kondensasi adalah peralihan air dari wujud gas ke wujud cair. Ketika kondensasi terjadi di atmosfer, tetesan kecil dengan diameter beberapa mikrometer terbentuk. Tetesan yang lebih besar terbentuk dari penggabungan tetesan yang lebih kecil atau dari pencairan kristal es.
Kondensasi dimulai ketika udara mencapai saturasi, yang paling sering terjadi di atmosfer saat suhu turun. Saat suhu turun hingga titik embun, uap air mencapai keadaan jenuh. Dengan penurunan suhu lebih lanjut, kelebihan uap air yang melebihi kebutuhan untuk saturasi berubah menjadi keadaan cair.
Pendinginan udara paling sering terjadi secara adiabatik karena pemuaiannya tanpa perpindahan panas ke udara sekitarnya. Ekspansi ini terjadi terutama ketika udara naik.
Diketahui bahwa meskipun udara tidak jenuh, udara mendingin secara adiabatik sebesar 1C untuk setiap kenaikan 100 m. Dengan warna biru, untuk udara yang tidak terlalu jauh dari saturasi, cukup untuk naik beberapa ratus meter, dan sebagai upaya terakhir satu hingga dua ribu meter sehingga kondensasi dimulai di dalamnya.
Saat kabut terbentuk, penyebab utama pendinginan udara bukan lagi kenaikan adiabatik, melainkan perpindahan panas dari udara permukaan bumi.
Dalam kondisi atmosfer, tidak hanya terjadi kondensasi, tetapi juga sublimasi - pembentukan kristal, transisi uap air menjadi padat. Proses ini terjadi pada suhu yang sangat rendah - di bawah -40°C. Curah hujan padat yang jatuh dari awan biasanya memiliki struktur kristal yang jelas; Semua orang tahu bentuk rumit kepingan salju - bintang berujung enam dengan banyak cabang. Lebih banyak ditemukan di awan dan curah hujan bentuk sederhana kristal, serta tetes beku. Kristal juga muncul di permukaan bumi pada suhu di bawah nol (beku, embun beku, dll).
Kekuatan molekuler. Di antara molekul-molekul suatu zat terdapat gaya interaksi yang disebut gaya molekul. Jika tidak ada gaya tarik menarik antar molekul, maka semua zat dalam kondisi apapun hanya akan berada di dalam keadaan gas. Hanya berkat gaya tarik-menarik molekul-molekul saling berdekatan dan membentuk benda cair dan padat.
Namun, kekuatan tarik menarik saja tidak dapat menjamin keberadaannya formasi berkelanjutan dari atom dan molekul. Pada jarak yang sangat kecil antar molekul, gaya tolak menolak bekerja.
Struktur atom dan molekul. Sebuah atom, dan khususnya molekul, adalah sistem yang kompleks, terdiri dari partikel bermuatan individu - elektron dan inti atom. Meskipun molekul umumnya netral secara listrik, gaya yang signifikan bekerja di antara molekul-molekul tersebut pada jarak yang dekat. kekuatan listrik. Interaksi terjadi antara elektron dan inti molekul tetangganya. Gambaran tentang pergerakan partikel di dalam atom dan molekul serta gaya interaksi antar molekul sangat banyak tugas yang sulit. Dia sedang dipertimbangkan fisika atom. Kami hanya akan menyajikan hasilnya: perkiraan ketergantungan gaya interaksi antara dua molekul pada jarak di antara keduanya.
Atom dan molekul terdiri dari partikel bermuatan dengan tanda muatan berlawanan. Antara elektron satu molekul dan inti atom yang lainnya adalah gaya gravitasi. Pada saat yang sama, gaya tolak menolak bekerja antara elektron kedua molekul dan antara intinya.
Karena netralitas listrik atom dan molekul, gaya molekul bersifat jangka pendek. Pada jarak beberapa kali lebih besar dari ukuran molekul, gaya interaksi di antara mereka praktis tidak berpengaruh.
Ketergantungan gaya molekul pada jarak antar molekul. Mari kita perhatikan bagaimana proyeksi gaya interaksi antara keduanya pada garis lurus yang menghubungkan pusat-pusat molekul berubah bergantung pada jarak antar molekul. Pada jarak melebihi 2-3 diameter molekul, gaya tolak menolak praktis nol. Hanya kekuatan tarik-menarik yang terlihat. Ketika jarak berkurang, gaya tarik-menarik meningkat dan pada saat yang sama gaya tolak-menolak mulai bekerja. Gaya ini meningkat dengan sangat cepat ketika kulit elektron atom mulai tumpang tindih. Hasilnya, secara komparatif jarak jauh molekul akan tarik menarik, dan molekul kecil akan tolak menolak.
Gambar 8 menunjukkan perkiraan ketergantungan proyeksi gaya tolak-menolak pada jarak antara pusat molekul (kurva atas), proyeksi gaya tarik-menarik (kurva bawah) dan proyeksi gaya yang dihasilkan (kurva tengah). Proyeksi gaya tolak menolak adalah positif, dan proyeksi gaya tarik menarik adalah negatif. Tipis garis vertikal dilakukan untuk kemudahan melakukan penambahan proyeksi gaya.
Pada jarak r 0 , kira-kira sama dengan jumlah jari-jari molekul, proyeksi gaya yang dihasilkan F r = 0, karena gaya tarik menarik sama besarnya dengan gaya tolak menolak (Gbr. 9, a). Ketika r > r 0, gaya tarik menarik melebihi gaya tolak menolak dan proyeksi gaya yang dihasilkan (panah tebal) adalah negatif (Gambar 9, b).
Jika r → ∞, maka F r → 0. Pada jarak r< r 0 сила отталкивания превосходит силу притяжения (рис. 9, в).Asal usul gaya elastis. Ketergantungan gaya interaksi antar molekul pada jarak antar molekul menjelaskan munculnya gaya elastis selama kompresi dan peregangan benda. Jika Anda mencoba mendekatkan molekul ke jarak kurang dari r0, maka gaya mulai bekerja yang mencegah pendekatan tersebut. Sebaliknya, ketika molekul-molekul menjauh satu sama lain, gaya tarik-menarik bekerja, mengembalikan molekul-molekul ke posisi semula setelah pengaruh luar berhenti.
Dengan sedikit pencampuran molekul dari posisi setimbang, gaya tarik-menarik atau tolak-menolak meningkat secara linier seiring dengan bertambahnya perpindahan. Di area kecil, kurva dapat dianggap sebagai segmen lurus (bagian kurva yang menebal pada Gambar 8). Oleh karena itu, pada deformasi kecil, hukum Hooke berlaku, yang menyatakan bahwa gaya elastis sebanding dengan deformasi. Pada perpindahan molekul yang besar, hukum Hooke tidak berlaku lagi.
Karena jarak antara semua molekul berubah ketika suatu benda mengalami deformasi, lapisan molekul yang berdekatan hanya menyumbang sebagian kecil dari total deformasi. Oleh karena itu, hukum Hooke terpenuhi pada deformasi jutaan kali lebih besar dari ukuran molekul.
3! KONDISI GAS.
KOMPOSISI CAIR
KONDISI SULIT
4! GAZ (gaz Prancis, dari bahasa Yunani chaos - chaos), keadaan fisik suatu zat yang atom dan molekul penyusunnya bergerak hampir bebas dan kacau dalam interval antara tumbukan, selama itu perubahan mendadak sifat gerakan mereka. Materi berwujud gas adalah materi paling umum di alam semesta. Matahari, bintang, awan materi antarbintang, nebula, atmosfer planet, dll. terdiri dari gas, baik netral maupun terionisasi (plasma). Gas tersebar luas di alam: membentuk atmosfer bumi, jumlah yang signifikan ditemukan pada batuan padat tanah, terlarut dalam air samudra, laut dan sungai. Ditemukan di kondisi alam gas, pada umumnya, merupakan campuran dari gas-gas yang secara kimiawi individual. Gas secara seragam mengisi ruang yang tersedia bagi mereka, dan, tidak seperti cairan dan padatan, tidak terbentuk permukaan bebas. Mereka memberikan tekanan pada cangkang yang membatasi ruang yang mereka isi. Kepadatan gas pada tekanan normal beberapa kali lipat kepadatan lebih sedikit cairan. Berbeda dengan benda padat dan cair, volume gas sangat bergantung pada tekanan dan suhu. Sifat sebagian besar gas - transparansi, tidak berwarna, dan ringan - membuatnya sulit dipelajari, sehingga fisika dan kimia gas berkembang dengan lambat.
Baru pada abad ke-17. terbukti udara mempunyai berat (E. Torricelli dan B. Pascal). Pada saat yang sama, J. van Helmont memperkenalkan istilah gas untuk merujuk pada zat mirip udara. Dan baru pada pertengahan abad ke-19. hukum dasar yang dipatuhi gas telah ditetapkan. Ini termasuk hukum Boyle - Mariotte, hukum Charles, hukum Gay-Lussac, hukum Avogadro. Sifat-sifat gas yang cukup dijernihkan, dimana jarak antar molekul di kondisi normal sekitar 10 nm, yang signifikan lebih besar dari radius aksi gaya interaksi antarmolekul. Gas yang molekulnya dianggap tidak berinteraksi poin materi, disebut gas ideal. Gas ideal secara ketat mematuhi hukum Boyle - Mariotte dan Gay-Lussac. Hampir semua gas berperilaku seperti gas ideal pada kondisi tidak terlalu ideal tekanan tinggi dan tidak terlalu banyak suhu rendah. Persamaan pV=RT disebut persamaan keadaan gas ideal. Itu diperoleh pada tahun 1834 oleh B. Clapeyron dan digeneralisasikan oleh D. I. Mendeleev untuk setiap massa gas. Konstanta gas R yang termasuk dalam persamaan ini adalah 8,31 J/mol. memanggil Persamaan Clapeyron-Mendeleev hanya berlaku untuk gas ideal. Hukum Dalton juga berlaku untuk mereka. Teori kinetika molekuler gas menganggap gas sebagai kumpulan partikel yang berinteraksi lemah (molekul atau atom) dalam gerakan kacau (termal) yang terus menerus. Berdasarkan hal tersebut representasi sederhana teori kinetik berhasil menjelaskan yang utama sifat fisik gas, terutama sifat-sifat gas yang dijernihkan. Untuk gas yang cukup dijernihkan, jarak rata-rata antar molekul jauh lebih besar daripada jari-jari aksi gaya antarmolekul. Misalnya, dalam kondisi normal terdapat ~1019 molekul dalam 1 cm3 gas dan jarak rata-rata antar molekul adalah ~10-6 cm. Dari sudut pandang teori kinetik molekul, tekanan gas adalah hasil dari berbagai tumbukan molekul gas di dinding kapal, dirata-ratakan dari waktu ke waktu dan di sepanjang dinding kapal. Dalam kondisi normal dan dimensi makroskopis kapal, jumlah tumbukan pada permukaan 1 cm2 kira-kira 1024 per detik. Zat apa pun dapat diubah menjadi gas dengan pemilihan tekanan dan suhu yang tepat. Oleh karena itu, kemungkinan wilayah keberadaan gas digambarkan secara grafis dalam variabel: tekanan p - suhu T (dalam diagram p-T). Ada suhu kritis Tk, di bawahnya daerah ini dibatasi oleh kurva sublimasi (sublimasi) dan penguapan5! Bilangan Avogadro:
6.02214129(27)·10²³ mol⁻¹
6!Kekosongan(dari lat. ruang hampa- kosong) - ruang bebas materi. Dalam bidang teknik dan fisika terapan, vakum dipahami sebagai media yang mengandung gas pada tekanan yang jauh lebih rendah daripada tekanan atmosfer. Vakum dicirikan oleh hubungan antara jalur bebas molekul gas λ dan ukuran karakteristik medium D. Di bawah D jarak antara dinding ruang vakum, diameter pipa vakum, dll. dapat diambil, tergantung pada nilai rasio λ/. D Ada vakum rendah (), sedang () dan tinggi ().
7! Gas ideal - model matematika gas, yang diasumsikan bahwa energi potensial molekul dapat diabaikan dibandingkan dengan energi kinetiknya. Tidak ada gaya tarik menarik atau tolak menolak antar molekul, tumbukan partikel satu sama lain dan dengan dinding bejana bersifat elastik mutlak, dan waktu interaksi antar molekul dapat diabaikan dibandingkan dengan waktu rata-rata antar tumbukan.
Model ini banyak digunakan untuk memecahkan masalah termodinamika gas dan aerogasdinamika. Misalnya, udara di tekanan atmosfer dan suhu ruangan dijelaskan dengan sangat akurat oleh model ini. Dalam kasus suhu atau tekanan ekstrim, diperlukan model yang lebih akurat, seperti model gas van der Waals, yang memperhitungkan gaya tarik-menarik antar molekul.
Ada gas ideal klasik (sifatnya diturunkan dari hukum mekanika klasik dan dijelaskan oleh statistik Boltzmann) dan gas ideal kuantum (sifatnya ditentukan oleh hukum mekanika kuantum, dijelaskan oleh statistik Fermi-Dirac atau Bose-Einstein).
Gas ideal klasik.
Sifat-sifat gas ideal berdasarkan konsep kinetika molekul ditentukan berdasarkan model fisik gas ideal, dengan asumsi sebagai berikut:
volume partikel gas sama dengan nol(yaitu, diameter molekul dapat diabaikan dibandingkan dengan jarak rata-rata antar molekul);
momentum ditransmisikan hanya selama tumbukan (yaitu, gaya tarik menarik antar molekul tidak diperhitungkan, dan gaya tolak menolak hanya muncul selama tumbukan);
energi total partikel gas adalah konstan (yaitu tidak ada perpindahan energi akibat perpindahan panas atau radiasi)
Dalam hal ini, partikel-partikel gas bergerak secara independen satu sama lain, tekanan gas pada dinding sama dengan jumlah impuls per satuan waktu yang ditransfer ketika partikel-partikel tersebut bertabrakan dengan dinding, dan energi adalah jumlah energi gas. partikel. Sifat-sifat gas ideal dijelaskan dengan persamaan Mendeleev-Clapeyron
di mana tekanan, adalah konsentrasi partikel, - Konstanta Boltzmann, - suhu absolut.
Distribusi kesetimbangan partikel gas ideal klasik antar keadaan dijelaskan oleh distribusi Boltzmann:
dimana adalah jumlah rata-rata partikel dalam keadaan ke-th dengan energi, dan konstanta ditentukan oleh kondisi normalisasi:
Di mana - nomor penuh partikel.
Distribusi Boltzmann adalah kasus yang membatasi ( efek kuantum sangat kecil) dari distribusi Fermi - Dirac dan Bose - Einstein, dan oleh karena itu, gas ideal klasik adalah kasus pembatas dari gas Fermi dan gas Bose.
Untuk semua gas ideal, hubungan Mayer berlaku:
dimana adalah konstanta gas universal, adalah kapasitas panas molar pada tekanan konstan, - kapasitas panas molar pada volume konstan.
9!Hukum Charles atau hukum kedua Gay-Lussac - salah satu hukum utama hukum gas, menggambarkan hubungan antara tekanan dan suhu untuk gas ideal. Secara eksperimental ketergantungan tekanan gas pada suhu pada volume konstan ditetapkan pada tahun 1787 oleh Charles dan disempurnakan oleh Gay-Lussac pada tahun 1802. Sederhananya, jika suhu suatu gas meningkat, maka tekanannya juga meningkat, jika massa dan volume gas tersebut tetap tidak berubah. Undang-undang ini sangat sederhana bentuk matematika, jika suhu diukur dengan skala absolut, misalnya, di derajat Kelvin. Secara matematis, hukum tersebut ditulis sebagai berikut:
P- tekanan gas,
T- suhu gas (dalam derajat Kelvin),
k- konstan.
Hukum ini benar karena suhu merupakan ukuran energi kinetik rata-rata suatu zat. Jika energi kinetik gas meningkat, partikel-partikelnya bertabrakan dengan dinding bejana lebih cepat, sehingga menciptakan tekanan yang lebih tinggi.
Untuk membandingkan zat yang sama menjadi dua kondisi yang berbeda, hukum dapat ditulis dalam bentuk.
Interaksi atom dan molekul materi. Di antara molekul-molekul suatu zat, gaya tarik menarik dan gaya tolak menolak bekerja secara bersamaan. Kekuatan-kekuatan ini masuk derajat yang kuat bergantung pada jarak antar molekul. Menurut eksperimental dan penelitian teoretis, gaya interaksi antarmolekul berbanding terbalik dengan pangkat ke-n jarak antar molekul. dimana untuk gaya tarik menarik n=7, dan untuk gaya tolak menolak n=9...15.
Ada banyak kekuatan tolak menolak lebih banyak kekuatan tarik-menarik jarak pendek (r 
Dalam gas, jarak antar molekul jauh lebih besar daripada ukuran molekul itu sendiri. Akibatnya gaya interaksi antar molekul gas menjadi kecil. Setiap molekul bergerak bebas dari molekul lain dengan kecepatan sangat tinggi (ratusan meter per detik), jarang mengalami tumbukan dan mengubah arah serta modul kecepatan. Jalur bebas rata-rata molekul gas bergantung pada tekanan dan suhu gas. Dalam kondisi normal "~10-7 m. Dalam cairan, jarak antar molekul jauh lebih kecil dibandingkan dalam gas. Gaya interaksi antar molekul besar, akibatnya molekul-molekul zat cair berosilasi pada posisi kesetimbangan tertentu, kemudian melakukan lompatan, berosilasi pada lingkungan baru, kemudian melakukan lompatan lagi, dan seterusnya.
Dalam padatan, jarak antar molekul bahkan lebih kecil, akibatnya gaya interaksi antar molekul begitu besar sehingga molekul hanya berosilasi dengan amplitudo kecil di sekitar posisi kesetimbangan konstan tertentu - sebuah simpul kisi kristal.
Kekuatan molekuler. Di antara molekul-molekul suatu zat terdapat gaya interaksi yang disebut gaya molekul. Jika tidak ada gaya tarik menarik antar molekul, maka semua zat dalam kondisi apapun hanya akan berbentuk gas. Hanya berkat gaya tarik-menarik molekul-molekul saling berdekatan dan membentuk benda cair dan padat.
Namun, gaya tarik menarik saja tidak dapat menjamin adanya pembentukan atom dan molekul yang stabil. Pada
Pada jarak yang sangat pendek antar molekul, gaya tolak menolak bekerja.
Struktur atom dan molekul. Atom, dan terlebih lagi molekul, adalah sistem kompleks yang terdiri dari partikel bermuatan individu - elektron dan inti atom. Meskipun molekul umumnya netral secara listrik, gaya listrik yang signifikan bekerja di antara molekul-molekul tersebut pada jarak yang dekat. Interaksi terjadi antara elektron dan inti molekul tetangganya. Menjelaskan gerak partikel di dalam atom dan molekul serta gaya interaksi antar molekul adalah tugas yang sangat sulit. Hal ini dipertimbangkan dalam fisika atom. Kami hanya akan menyajikan hasilnya: perkiraan ketergantungan gaya interaksi antara dua molekul pada jarak di antara keduanya.
Atom dan molekul terdiri dari partikel bermuatan dengan tanda muatan berlawanan. Ada gaya tarik menarik antara elektron suatu molekul dan inti atom molekul lainnya. Pada saat yang sama, gaya tolak menolak bekerja antara elektron kedua molekul dan antara intinya.
Karena netralitas listrik atom dan molekul, gaya molekul bersifat jangka pendek. Pada jarak beberapa kali lebih besar dari ukuran molekul, gaya interaksi di antara mereka praktis tidak berpengaruh.
Ketergantungan gaya molekul pada jarak antar molekul. Mari kita perhatikan bagaimana proyeksi gaya interaksi antara keduanya pada garis lurus yang menghubungkan pusat-pusat molekul berubah bergantung pada jarak antar molekul. Pada jarak melebihi 2-3 diameter molekul, gaya tolak menolak praktis nol. Hanya kekuatan tarik-menarik yang terlihat. Ketika jarak berkurang, gaya tarik-menarik meningkat dan pada saat yang sama gaya tolak-menolak mulai bekerja. Kekuatan ini sangat
meningkat dengan cepat ketika kulit elektron atom mulai tumpang tindih. Akibatnya, pada jarak yang relatif jauh molekul akan tarik menarik, dan pada jarak yang kecil molekul akan tolak menolak.
Gambar 8 menunjukkan perkiraan ketergantungan proyeksi gaya tolak-menolak pada jarak antara pusat molekul (kurva atas), proyeksi gaya tarik-menarik (kurva bawah) dan proyeksi gaya yang dihasilkan (kurva tengah). Proyeksi gaya tolak menolak adalah positif, dan proyeksi gaya tarik menarik adalah negatif. Garis vertikal tipis digambar untuk memudahkan penambahan proyeksi gaya.
Pada jarak yang kira-kira sama dengan jumlah jari-jari molekul, proyeksi gaya yang dihasilkan adalah , karena gaya tarik menarik sama besarnya dengan gaya tolak menolak (Gbr. 9, a). Ketika gaya tarik menarik melebihi gaya tolak dan proyeksi gaya yang dihasilkan (panah tebal) bernilai negatif (Gbr. 9 6). Jika kemudian Pada jarak, gaya tolak menolak melebihi gaya tarik menarik (Gbr. 9, c).
Lintasan gaya elastis. Kecanduan Kekuatan interaksi antara otot dan jarak di antara mereka menjelaskan munculnya kekuatan elastisitas selama kompresi dan peregangan tubuh. Jika Anda mencoba mendekatkan molekul ke jarak yang lebih kecil, gaya mulai bekerja yang mencegah pendekatan tersebut. Sebaliknya, ketika molekul-molekul menjauh satu sama lain, gaya tarik-menarik bekerja, mengembalikan molekul-molekul ke posisi semula setelah pengaruh luar berhenti.
Untuk perpindahan kecil molekul dari posisi setimbang, gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak meningkat secara linier dengan meningkatnya perpindahan. Di area kecil, kurva dapat dianggap sebagai segmen lurus (bagian kurva yang menebal pada Gambar 8). Oleh karena itu, pada deformasi kecil, hukum Hooke berlaku, yang menyatakan bahwa gaya elastis sebanding dengan deformasi. Pada perpindahan molekul yang besar, hukum Hooke tidak berlaku lagi.
Karena jarak antara semua molekul berubah ketika suatu benda mengalami deformasi, lapisan molekul yang berdekatan hanya menyumbang sebagian kecil dari total deformasi. Oleh karena itu, hukum Hooke terpenuhi pada deformasi yang jutaan kali lebih besar dari ukuran molekul.
Struktur gas, cairan dan padatan.
Prinsip dasar teori kinetik molekuler:
Semua zat terdiri dari molekul, dan molekul terdiri dari atom,
atom dan molekul berada dalam gerakan konstan,
Ada gaya tarik menarik dan tolak menolak antar molekul.
DI DALAM gas molekul bergerak secara kacau, jarak antar molekul besar, gaya molekul kecil, gas menempati seluruh volume yang diberikan padanya.
DI DALAM cairan molekul tersusun secara teratur hanya pada jarak pendek, dan pada jarak yang jauh urutan (simetri) susunannya dilanggar - “urutan jarak pendek”. Kekuatan tarik-menarik molekul menjaga molekul-molekul tetap berdekatan. Pergerakan molekul bersifat “melompat” dari satu posisi stabil ke posisi stabil lainnya (biasanya dalam satu lapisan. Pergerakan ini menjelaskan sifat fluiditas suatu zat cair. Zat cair tidak mempunyai bentuk, tetapi mempunyai volume.
Padatan adalah zat yang mempertahankan bentuknya, terbagi menjadi kristal dan amorf. Padatan kristal Benda-benda mempunyai kisi kristal, pada simpul-simpulnya mungkin terdapat ion, molekul, atau atom. Benda-benda tersebut berosilasi relatif terhadap posisi kesetimbangan stabil.. Kisi-kisi kristal mempunyai struktur yang benar di seluruh volume – pengaturan “urutan jangka panjang”.
Tubuh amorf mempertahankan bentuknya, tetapi tidak memiliki kisi kristal dan, akibatnya, tidak memiliki titik leleh yang jelas. Mereka disebut cairan beku, karena mereka, seperti cairan, memiliki susunan molekul “jangka pendek”.
Kekuatan interaksi molekul
Semua molekul suatu zat berinteraksi satu sama lain melalui gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Bukti interaksi molekul: fenomena pembasahan, ketahanan terhadap kompresi dan tegangan, rendahnya kompresibilitas padatan dan gas, dll. Penyebab interaksi molekul adalah interaksi elektromagnetik partikel bermuatan dalam suatu zat. Bagaimana menjelaskan hal ini? Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron bermuatan negatif. Muatan inti sama dengan muatan total seluruh elektron, sehingga atom secara keseluruhan netral secara listrik. Sebuah molekul yang terdiri dari satu atau lebih atom juga netral secara listrik. Mari kita perhatikan interaksi antar molekul menggunakan contoh dua molekul diam. Gaya gravitasi dan elektromagnetik dapat terjadi antar benda di alam. Karena massa molekul sangat kecil, gaya interaksi gravitasi antar molekul yang dapat diabaikan dapat diabaikan. Pada jarak yang sangat jauh juga tidak terjadi interaksi elektromagnetik antar molekul. Namun, ketika jarak antar molekul berkurang, molekul mulai mengorientasikan dirinya sedemikian rupa sehingga sisi-sisinya yang saling berhadapan akan memiliki muatan dengan tanda yang berbeda (secara umum, molekul tetap netral), dan timbul gaya tarik menarik antar molekul. Dengan semakin berkurangnya jarak antar molekul, timbul gaya tolak menolak akibat interaksi muatan negatif cangkang elektronik atom dari molekul. Akibatnya, molekul tersebut dikenai gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Pada jarak yang jauh, gaya tarik-menarik mendominasi (pada jarak 2-3 diameter molekul, gaya tarik-menarik maksimum), pada jarak pendek gaya tolak-menolak mendominasi. Terdapat jarak antar molekul dimana gaya tarik menarik sama dengan gaya tolak menolak. Posisi molekul ini disebut posisi kesetimbangan stabil. Molekul-molekul yang terletak berjauhan satu sama lain dan dihubungkan oleh gaya elektromagnetik memiliki energi potensial. Dalam posisi kesetimbangan stabil, energi potensial molekul adalah minimal. Dalam suatu zat, setiap molekul berinteraksi secara bersamaan dengan banyak molekul tetangganya, yang juga mempengaruhi nilai energi potensial minimum molekul tersebut. Selain itu, semua molekul suatu zat berada dalam gerakan terus menerus, yaitu. mempunyai energi kinetik. Dengan demikian, struktur suatu zat dan sifat-sifatnya (benda padat, cair, dan gas) ditentukan oleh hubungan antara energi potensial minimum interaksi molekul dan cadangan energi kinetik gerak termal molekul.
Struktur dan sifat benda padat, cair dan gas
Struktur benda dijelaskan oleh interaksi partikel benda dan sifat pergerakan termalnya.
Padat
Padatan memiliki bentuk dan volume yang konstan dan praktis tidak dapat dimampatkan. Energi potensial minimum interaksi molekul lebih besar daripada energi kinetik molekul. Interaksi partikel yang kuat. Gerakan termal molekul dalam zat padat hanya dinyatakan dengan getaran partikel (atom, molekul) di sekitar posisi kesetimbangan stabil.
Karena besarnya gaya tarik menarik, molekul praktis tidak dapat mengubah posisinya dalam materi, hal ini menjelaskan kekekalan volume dan bentuk padatan. Kebanyakan padatan memiliki susunan partikel yang tertata secara spasial yang membentuk kisi kristal teratur. Partikel materi (atom, molekul, ion) terletak di simpul – simpul kisi kristal. Node-node kisi kristal bertepatan dengan posisi keseimbangan stabil partikel. Padatan seperti itu disebut kristal.
Cairan
Cairan mempunyai volume tertentu, tetapi tidak memiliki bentuknya sendiri; ia mengikuti bentuk wadah di mana ia berada. Energi potensial minimum interaksi antar molekul sebanding dengan energi kinetik molekul. Interaksi partikel yang lemah. Gerak termal molekul-molekul dalam cairan dinyatakan dengan getaran di sekitar posisi kesetimbangan stabil dalam volume yang diberikan oleh tetangganya kepada molekul. Molekul tidak dapat bergerak bebas di seluruh volume suatu zat, tetapi transisi molekul ke tempat yang berdekatan dimungkinkan. Hal ini menjelaskan fluiditas cairan dan kemampuan untuk mengubah bentuknya.
Dalam cairan, molekul-molekul terikat erat satu sama lain karena gaya tarik-menarik, yang menjelaskan kekekalan volume cairan. Dalam zat cair, jarak antar molekul kira-kira sama dengan diameter molekul. Ketika jarak antar molekul berkurang (kompresi cairan), gaya tolak menolak meningkat tajam, sehingga cairan tidak dapat dimampatkan. Berdasarkan struktur dan sifat pergerakan termalnya, zat cair menempati posisi perantara antara zat padat dan gas. Meskipun perbedaan antara cairan dan gas jauh lebih besar dibandingkan antara cairan dan tubuh padat. Misalnya, selama peleburan atau kristalisasi, volume suatu benda berubah jauh lebih sedikit dibandingkan selama penguapan atau kondensasi.
Gas tidak memiliki volume yang konstan dan menempati seluruh volume wadah tempatnya berada. Energi potensial minimum interaksi antar molekul lebih kecil dari energi kinetik molekul. Partikel materi praktis tidak berinteraksi. Gas dicirikan oleh ketidakteraturan total dalam susunan dan pergerakan molekul.
Jarak antar molekul gas jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya. Gaya tarik-menarik yang kecil tidak dapat membuat molekul-molekul tetap berdekatan satu sama lain, sehingga gas dapat memuai tanpa batas. Gas mudah dikompresi di bawah pengaruh tekanan eksternal, karena jarak antar molekul besar, dan gaya interaksi dapat diabaikan. Tekanan gas pada dinding bejana disebabkan oleh pengaruh molekul gas yang bergerak.
