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 memiliki kisi kristal, di simpulnya mungkin terdapat ion, molekul, atau atom. Mereka berosilasi relatif terhadap posisi kesetimbangan stabil. Kisi kristal memiliki struktur teratur di seluruh volume - susunan “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, gaya tolak menolak muncul sebagai akibat interaksi kulit elektron bermuatan negatif dari atom-atom 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 antar 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 zat cair dan gas jauh lebih besar dibandingkan antara zat cair dan zat 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 wadah disebabkan oleh pengaruh molekul gas yang bergerak.
Pelajaran No.2/5 2
Topik No. 26: “Model struktur zat cair. Pasangan jenuh dan tak jenuh. Kelembapan udara."
1 Model struktur cair
Cair salah satunya keadaan materi. Sifat utama zat cair, yang membedakannya dari keadaan agregasi lainnya, adalah kemampuannya untuk mengubah bentuknya tanpa batas waktu di bawah pengaruh tekanan mekanis tangensial, bahkan dalam jumlah kecil, sambil mempertahankan volumenya secara praktis.
Gambar.1
Keadaan cair biasanya dianggap sebagai perantara antara keduanya padat dan gas : gas tidak mempertahankan volume dan bentuk, tetapi zat padat mempertahankan keduanya.
Molekul zat cair tidak mempunyai posisi pasti, tetapi pada saat yang sama tidak mempunyai kebebasan bergerak sepenuhnya. Ada daya tarik di antara mereka, cukup kuat untuk membuat mereka tetap dekat.
Suatu zat dalam keadaan cair berada dalam kisaran tertentu suhu , di bawahnya berubah menjadikeadaan padat(Kristalisasi terjadi atau transformasi menjadi keadaan amorf padat kaca), di atas menjadi gas (terjadi penguapan). Batas-batas interval ini bergantung pada tekanan
Semua cairan biasanya dibagi menjadi cairan murni dan campuran . Beberapa campuran cairan sangat penting bagi kehidupan: darah, air laut dll. Cairan dapat menjalankan fungsinya pelarut
Sifat utama zat cair adalah fluiditas. Jika diterapkan pada bagian zat cair yang berada dalam kesetimbangan kekuatan eksternal , kemudian timbul aliran partikel cair ke arah penerapan gaya ini: cairan mengalir. Jadi, di bawah pengaruh gaya luar yang tidak seimbang, cairan tidak mempertahankan bentuk dan susunan relatif bagian-bagiannya, dan oleh karena itu mengambil bentuk wadah di mana ia berada.
Berbeda dengan plastik, benda padat tidak mempunyai benda cairkekuatan hasil: cukup dengan menerapkan gaya luar yang kecil untuk membuat cairan mengalir.
Salah satu sifat khas zat cair adalah memiliki volume tertentu ( dalam kondisi eksternal yang konstan). Cairan sangat sulit untuk dikompres secara mekanis karena, tidak seperti itu gas , hanya ada sedikit ruang kosong antar molekul. Tekanan yang diberikan pada zat cair yang terbungkus dalam bejana diteruskan tanpa perubahan ke setiap titik dalam volume zat cair tersebut ( hukum Pascal , juga berlaku untuk gas). Fitur ini, bersama dengan kompresibilitasnya yang sangat rendah, digunakan pada mesin hidrolik.
Zat cair pada umumnya bertambah volumenya (mengembang) jika dipanaskan dan mengecil volumenya (mengecil) jika didinginkan. Namun ada pengecualian, misalnya air menyusut ketika dipanaskan, pada tekanan normal dan pada suhu dari 0 °C hingga sekitar 4 °C.
Selain itu, cairan (seperti gas) juga dikarakterisasi viskositas . Hal ini didefinisikan sebagai kemampuan untuk menahan pergerakan suatu bagian relatif terhadap bagian lainnya, yaitu sebagai gesekan internal.
Ketika lapisan cairan yang berdekatan bergerak relatif satu sama lain, tumbukan molekul pasti terjadi selain yang disebabkan olehnyagerakan termal. Timbul kekuatan yang menghambat gerakan teratur. Dalam hal ini, energi kinetik gerak teratur diubah menjadi energi panas gerak molekul kacau.
Cairan di dalam bejana, yang digerakkan dan dibiarkan sendiri, secara bertahap akan berhenti, tetapi suhunya akan meningkat.Dalam uap, seperti gas, gaya adhesi hampir dapat diabaikan dan dianggap sebagai pergerakan bebas molekul dan tumbukannya satu sama lain dan dengan benda di sekitarnya (dinding dan cairan yang menutupi dasar bejana). Dalam cairan, molekul-molekul, seperti halnya padatan, berinteraksi dengan kuat, saling berpegangan. Namun, meskipun dalam benda padat setiap molekul mempertahankan posisi kesetimbangan yang ditentukan tanpa batas di dalam benda dan pergerakannya direduksi menjadi osilasi di sekitar posisi kesetimbangan ini, sifat pergerakan dalam cairan berbeda. Molekul cair bergerak jauh lebih bebas dibandingkan molekul padat, meskipun tidak sebebas molekul gas. Setiap molekul dalam cairan bergerak kesana-kemari selama beberapa waktu, namun tanpa berpindah dari tetangganya. Gerakan ini menyerupai getaran molekul padat di sekitar posisi setimbangnya. Namun, dari waktu ke waktu, molekul cair keluar dari lingkungannya dan berpindah ke tempat lain, berakhir di lingkungan baru, di mana ia kembali melakukan gerakan yang mirip dengan getaran selama beberapa waktu.
Jadi, pergerakan molekul cair adalah sesuatu seperti campuran gerakan dalam benda padat dan gas: gerakan “osilasi” di satu tempat digantikan oleh transisi “bebas” dari satu tempat ke tempat lain. Sesuai dengan itu, struktur zat cair merupakan persilangan antara struktur benda padat dan struktur gas. Semakin tinggi suhu, yaitu semakin besar energi kinetik molekul cair, semakin besar peran yang dimainkan oleh gerakan “bebas”: semakin pendek interval keadaan “getaran” molekul dan semakin sering transisi “bebas”, yaitu , semakin banyak cairan menjadi seperti gas. Pada karakteristik suhu yang cukup tinggi dari setiap cairan (yang disebut suhu kritis), sifat-sifat cairan tidak berbeda dengan sifat-sifat gas yang bertekanan tinggi.
2 Pasangan jenuh dan tak jenuh beserta sifat-sifatnya
Selalu ada uap cairan ini di atas permukaan bebas cairan. Jika bejana yang berisi cairan tidak ditutup, maka konsentrasi partikel uap pada suhu konstan dapat bervariasi dalam batas yang luas, naik dan turun.
Proses penguapan di ruang terbatas(wadah tertutup berisi cairan)dapat terjadi pada suhu tertentu hanya sampai batas tertentu. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa kondensasi uap terjadi bersamaan dengan penguapan cairan. Pertama, jumlah molekul yang terbang keluar dari cairan dalam 1 detik lebih besar daripada jumlah molekul yang kembali, dan kepadatan, serta tekanan uap, meningkat. Hal ini menyebabkan peningkatan laju kondensasi. Setelah beberapa waktu, terjadi kesetimbangan dinamis, di mana massa jenis uap di atas cairan menjadi konstan.
Uap yang berada dalam keadaan setimbang dinamis dengan cairannya disebut uap jenuh. Uap yang tidak berada dalam keadaan setimbang dinamis dengan cairannya disebut tak jenuh.
Pengalaman menunjukkan bahwa pasangan tak jenuh mematuhi segalanya hukum gas , dan lebih tepatnya, semakin jauh dari jenuhnya. Uap jenuh dicirikan oleh sifat-sifat berikut:
- massa jenis dan tekanan uap jenuh pada suhu tertentu adalah kepadatan dan tekanan maksimum yang dapat dimiliki uap pada suhu tertentu;
- Massa jenis dan tekanan uap jenuh bergantung pada jenis zat. Semakin rendah kalor jenis penguapan suatu zat cair, semakin cepat zat tersebut menguap dan semakin besar tekanan serta massa jenis uapnya;
- tekanan dan kepadatan uap jenuh ditentukan secara unik oleh suhunya (tidak bergantung pada bagaimana uap mencapai suhu ini: selama pemanasan atau pendinginan);
- tekanan dan kepadatan uap meningkat dengan cepat dengan meningkatnya suhu (Gbr. 1, a, b).
Pengalaman menunjukkan bahwa ketika suatu zat cair dipanaskan, kadar zat cair dalam bejana tertutup berkurang. Akibatnya, massa dan kepadatan uap meningkat. Peningkatan tekanan uap jenuh yang lebih kuat dibandingkan dengan gas ideal (hukum Gay-Lussac tidak berlaku untuk uap jenuh) dijelaskan oleh fakta bahwa di sini tekanan meningkat bukan hanya karena peningkatan energi kinetik rata-rata molekul. (seperti pada gas ideal), tetapi juga karena peningkatan konsentrasi molekul;
- pada suhu konstan, tekanan dan massa jenis uap jenuh tidak bergantung pada volume. Sebagai perbandingan, Gambar 2 menunjukkan isoterm gas ideal (a) dan uap jenuh (b).
Beras. 2
Pengalaman menunjukkan bahwa selama ekspansi isotermal, tingkat cairan dalam bejana berkurang, dan selama kompresi meningkat, yaitu. jumlah molekul uap berubah sehingga massa jenis uap tetap konstan.
3 Kelembaban
Udara yang mengandung uap air disebut basah . Untuk mengkarakterisasi kandungan uap air di udara, sejumlah besaran diperkenalkan: kelembaban absolut, tekanan uap air, dan kelembaban relatif.
Kelembapan mutlakρ udara adalah besaran yang secara numerik sama dengan massa uap air yang terkandung dalam 1 m3 3 udara (yaitu kepadatan uap air di udara dalam kondisi tertentu).
Tekanan uap air hal adalah tekanan parsial uap air yang terkandung di udara. Satuan SI untuk kelembapan absolut dan elastisitas masing-masing adalah kilogram per meter kubik (kg/m 3) dan pascal (Pa).
Jika hanya kelembapan absolut atau tekanan uap air yang diketahui, masih belum mungkin untuk menilai seberapa kering atau lembab udara tersebut. Untuk mengetahui derajat kelembapan udara perlu diketahui apakah uap air mendekati atau jauh dari jenuh.
Kelembaban relatif udara φ adalah rasio kelembaban absolut terhadap kepadatan yang dinyatakan dalam persentaseρ 0 uap jenuh pada suhu tertentu (atau rasio tekanan uap air terhadap tekanan hal 0 uap jenuh pada suhu tertentu):
Semakin rendah kelembaban relatif, semakin jauh uap dari saturasi, semakin banyak penguapan yang terjadi. Tekanan uap jenuh hal 0 pada nilai tabel suhu tertentu. Tekanan uap air (dan kelembaban absolut) ditentukan oleh titik embun.
Ketika didinginkan secara isobarik hingga mencapai suhu tertentu tp uap menjadi jenuh dan keadaannya diwakili oleh sebuah titik DI DALAM . Suhu dll , saat uap air menjadi jenuh disebut titik embun . Saat mendingin di bawah titik embun, kondensasi uap dimulai: kabut muncul, embun turun, dan jendela berkabut.
4 Pengukuran kelembaban udara
Alat ukur digunakan untuk mengukur kelembaban udara higrometer. Ada beberapa jenis higrometer, namun yang utama adalah: rambut dan psikrometri.
Karena sulit untuk mengukur secara langsung tekanan uap air di udara, maka kelembaban relatif diukursecara tidak langsung.
Prinsip operasihigrometer rambutberdasarkan sifat rambut yang dihilangkan lemaknya (manusia atau hewan)ubah panjang Andatergantung pada kelembaban udara di mana ia berada.
Rambut direntangkan di atas bingkai logam. Perubahan panjang rambut diteruskan ke panah yang bergerak sepanjang skala. Di musim dingin, higrometer rambut adalah instrumen utama untuk mengukur kelembapan udara luar.
Higrometer yang lebih akurat adalah higrometer psikrometri psikrometer
(dalam bahasa Yunani lainnya “psychros” berarti dingin).
Diketahui kelembaban relatif udara bergantung tingkat penguapan.
Semakin rendah kelembapan udara, semakin mudah uap air tersebut menguap.
Psikrometer memiliki dua termometer . Yang satu biasa saja, begitulah mereka menyebutnya kering Ini mengukur suhu udara sekitar. Bola termometer lain dibungkus dengan sumbu kain dan ditempatkan dalam wadah berisi air. Termometer kedua tidak menunjukkan suhu udara, melainkan suhu sumbu basah, itulah namanya lembab termometer. Semakin rendah kelembaban udara, maka lebih intens uap air menguap dari sumbu, semakin besar jumlah panas per satuan waktu yang dikeluarkan dari termometer basah, semakin rendah pembacaannya, oleh karena itu, semakin besar perbedaan antara pembacaan termometer kering dan basah.
Titik embun ditentukan menggunakan higrometer. Higrometer kondensasi adalah kotak logam A , dinding depan KE yang dipoles dengan baik (Gbr. 2) Cairan eter yang mudah menguap dituangkan ke dalam kotak dan termometer dimasukkan. Melewatkan udara melalui kotak menggunakan bola karet G , menyebabkan penguapan eter yang kuat dan pendinginan kotak yang cepat. Dengan menggunakan termometer, Anda memperhatikan suhu saat tetesan embun muncul di permukaan dinding yang dipoles. KE . Tekanan di daerah yang berdekatan dengan dinding dapat dianggap konstan, karena daerah ini berhubungan dengan atmosfer dan penurunan tekanan akibat pendinginan dikompensasi dengan peningkatan konsentrasi uap. Munculnya embun menandakan bahwa uap air sudah jenuh. Dengan mengetahui suhu udara dan titik embun, Anda dapat mengetahui tekanan parsial uap air dan kelembapan relatif.
Beras. 2
5 Masalah yang harus diselesaikan secara mandiri
Masalah 1
Di luar sedang hujan musim gugur yang dingin. Dalam hal apa cucian yang digantung di dapur akan lebih cepat kering: saat jendela terbuka atau tertutup? Mengapa?
Masalah 2
Kelembapan udara 78% dan suhu bola kering 12 °C. Berapa suhu yang ditunjukkan termometer bola basah?(Jawaban: 10 °C.)
Masalah 3
Perbedaan pembacaan termometer kering dan basah adalah 4°C. Kelembaban relatif 60%. Berapa pembacaan bola kering dan bola basah?(Jawaban: tc -l9 °С, t m = 10 °С.)
1. Model struktur zat cair. Pasangan jenuh dan tak jenuh; ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu; mendidih. kelembaban udara; titik embun, higrometer, psikrometer.
Penguapan - penguapan yang terjadi pada suhu berapa pun dari permukaan bebas suatu cairan. Selama gerakan termal pada suhu berapa pun, energi kinetik molekul cair tidak secara signifikan melebihi energi potensial hubungannya dengan molekul lain. Penguapan disertai dengan pendinginan cairan. Laju penguapan bergantung pada: luas permukaan terbuka, suhu, dan konsentrasi molekul di dekat cairan.
Kondensasi- proses peralihan suatu zat dari wujud gas ke wujud cair.
Penguapan cairan dalam bejana tertutup pada suhu konstan menyebabkan peningkatan bertahap konsentrasi molekul zat yang menguap dalam bentuk gas. Beberapa saat setelah dimulainya penguapan, konsentrasi suatu zat dalam wujud gas akan mencapai nilai di mana jumlah molekul yang kembali ke cairan menjadi sama dengan jumlah molekul yang meninggalkan cairan dalam waktu yang sama. Dipasang keseimbangan dinamis antara proses penguapan dan kondensasi materi.
Zat yang berwujud gas dan berada dalam kesetimbangan dinamis dengan zat cair disebut uap jenuh. (Uap adalah kumpulan molekul yang meninggalkan cairan selama proses penguapan.) Uap pada tekanan di bawah jenuh disebut tak jenuh.
Akibat penguapan air yang terus-menerus dari permukaan waduk, tanah dan tumbuh-tumbuhan, serta respirasi manusia dan hewan, atmosfer selalu mengandung uap air. Oleh karena itu, tekanan atmosfer merupakan penjumlahan dari tekanan udara kering dan uap air yang terkandung di dalamnya. Tekanan uap air akan maksimum bila udara sudah jenuh dengan uap. Uap jenuh, tidak seperti uap tak jenuh, tidak mematuhi hukum gas ideal. Jadi, tekanan uap jenuh tidak bergantung pada volume, tetapi bergantung pada suhu. Ketergantungan ini tidak dapat dinyatakan dengan rumus sederhana, oleh karena itu, berdasarkan studi eksperimental tentang ketergantungan tekanan uap jenuh pada suhu, telah disusun tabel yang dapat digunakan untuk menentukan tekanannya pada berbagai suhu.
Tekanan uap air di udara pada suhu tertentu disebut kelembaban mutlak. Karena tekanan uap sebanding dengan konsentrasi molekul, kelembaban absolut dapat didefinisikan sebagai kepadatan uap air yang ada di udara pada suhu tertentu, dinyatakan dalam kilogram per meter kubik (p).
Kelembaban relatif adalah perbandingan massa jenis (atau tekanan) uap air di udara pada suhu tertentu dengan massa jenis (atau tekanan) uap air pada suhu tersebut. suhu yang sama, dinyatakan dalam persentase, mis.
Yang paling menguntungkan bagi manusia di garis lintang tengah adalah kelembaban relatif 40-60%.
Dengan menurunkan suhu udara, uap di dalamnya dapat dibuat menjadi jenuh.
titik embunadalah suhu di mana uap di udara menjadi jenuh. Ketika titik embun tercapai di udara atau pada benda yang bersentuhan dengannya, uap air mulai mengembun. Untuk mengetahui kelembaban udara digunakan alat yang disebut higrometer dan psikrometer.
Gagasan kinetik molekuler tentang struktur materi menjelaskan keragaman sifat zat cair, gas, dan padat. Ada interaksi elektromagnetik antar partikel materi - mereka menarik dan menolak satu sama lain menggunakan gaya elektromagnetik. Pada jarak yang sangat jauh antar molekul, gaya-gaya ini dapat diabaikan.
Kekuatan interaksi molekul
Namun gambarannya berubah jika jarak antar partikel diperkecil. Molekul netral mulai mengorientasikan dirinya dalam ruang sehingga permukaannya yang saling berhadapan mulai memiliki muatan yang bertanda berlawanan dan gaya tarik menarik mulai bekerja di antara keduanya. Hal ini terjadi ketika jarak antara pusat molekul lebih besar dari jumlah jari-jarinya.
Jika jarak antar molekul terus dikurangi, maka molekul-molekul tersebut akan mulai tolak-menolak akibat interaksi kulit elektron yang bermuatan serupa. Hal ini terjadi jika jumlah jari-jari molekul yang berinteraksi lebih besar daripada jarak antar pusat partikel.
Artinya, pada jarak antarmolekul yang jauh, gaya tarik-menarik mendominasi, dan pada jarak yang dekat, gaya tolak menolak mendominasi. Namun terdapat jarak tertentu antar partikel ketika berada pada posisi setimbang stabil (gaya tarik menarik sama dengan gaya tolak menolak). Pada posisi ini molekul mempunyai energi potensial minimum. Molekul juga mempunyai energi kinetik karena selalu bergerak secara konstan.
Dengan demikian, kekuatan ikatan interaksi antar partikel membedakan tiga wujud materi: padat, gas, dan cair, serta menjelaskan sifat-sifatnya.
Mari kita ambil air sebagai contoh. Ukuran, bentuk dan komposisi kimia partikel air tetap sama baik berbentuk padat (es) maupun gas (uap). Namun cara partikel-partikel ini bergerak dan ditempatkan berbeda-beda di setiap keadaan.
Padat
Benda padat mempertahankan strukturnya dan dapat retak atau pecah dengan kekuatan. Anda tidak dapat melewati meja karena Anda dan meja tersebut kokoh. Partikel padat memiliki jumlah energi paling sedikit dibandingkan tiga wujud materi tradisional. Partikel-partikel tersebut tersusun dalam urutan struktural tertentu dengan sedikit ruang di antara mereka.
Mereka disatukan secara seimbang dan hanya bisa bergetar sekitar posisi tetap. Dalam hal ini, benda padat punya kepadatan tinggi Dan bentuk dan volume tetap. Jika Anda membiarkan meja selama beberapa hari, meja tidak akan mengembang dan lapisan kayu tipis di seluruh lantai tidak akan memenuhi ruangan!
Cairan
Seperti halnya zat padat, partikel-partikel zat cair tersusun berdekatan, namun tersusun secara acak. Berbeda dengan benda padat, seseorang dapat melewati zat cair, hal ini disebabkan melemahnya gaya tarik menarik antar partikel. Dalam zat cair, partikel-partikel dapat bergerak relatif satu sama lain.
Zat cair mempunyai volume yang tetap, tetapi tidak mempunyai bentuk yang tetap. mereka akan mengalir di bawah pengaruh gaya gravitasi. Namun beberapa cairan lebih kental dibandingkan yang lain. Cairan kental memiliki interaksi antar molekul yang lebih kuat.
Molekul cair mempunyai energi kinetik (energi gerak) yang jauh lebih besar dibandingkan molekul padat, tetapi jauh lebih kecil dibandingkan molekul gas.
Gas
Partikel-partikel dalam gas berjauhan dan tersusun acak. Keadaan materi ini memiliki energi kinetik tertinggi, karena praktis tidak ada gaya tarik menarik antar partikel.
Molekul gas bergerak konstan ke segala arah (tetapi hanya dalam garis lurus), bertabrakan satu sama lain, dan dengan dinding bejana tempat mereka berada - hal ini menyebabkan tekanan.
Gas juga memuai hingga memenuhi volume wadah, berapa pun ukuran atau bentuknya - gas tidak mempunyai bentuk dan volume yang tetap.
Semua materi tak hidup terdiri dari partikel-partikel yang mungkin berperilaku berbeda. Struktur benda gas, cair, dan padat memiliki ciri khas tersendiri. Partikel-partikel dalam padatan terikat satu sama lain karena letaknya yang sangat berdekatan, sehingga menjadikannya sangat kuat. Selain itu, mereka dapat mempertahankan bentuk tertentu, karena partikel terkecilnya praktis tidak bergerak, melainkan hanya bergetar. Molekul-molekul dalam zat cair letaknya cukup berdekatan satu sama lain, namun dapat bergerak bebas sehingga tidak mempunyai bentuk sendiri-sendiri. Partikel dalam gas bergerak sangat cepat dan biasanya terdapat banyak ruang di sekitarnya, yang berarti partikel tersebut dapat dengan mudah dikompresi.
Sifat dan struktur benda padat
Apa struktur dan ciri struktur benda padat? Mereka terdiri dari partikel-partikel yang letaknya sangat berdekatan satu sama lain. Mereka tidak dapat bergerak sehingga bentuknya tetap. Apa saja sifat-sifat benda padat? Ia tidak memampatkan, tetapi jika dipanaskan, volumenya akan bertambah seiring meningkatnya suhu. Hal ini terjadi karena partikel mulai bergetar dan bergerak sehingga menyebabkan kepadatannya menurun.
Salah satu ciri benda padat adalah bentuknya yang tetap. Ketika benda padat memanas, pergerakan partikelnya meningkat. Partikel yang bergerak lebih cepat akan bertabrakan dengan lebih keras, menyebabkan setiap partikel mendorong tetangganya. Oleh karena itu, peningkatan suhu biasanya mengakibatkan peningkatan kekuatan tubuh.
Struktur kristal padatan
Gaya interaksi antarmolekul antara molekul-molekul zat padat yang bertetangga cukup kuat untuk menjaganya tetap pada posisi tetap. Jika partikel terkecil ini berada dalam konfigurasi yang sangat teratur, maka struktur seperti itu biasanya disebut kristal. Pertanyaan tentang tatanan internal partikel (atom, ion, molekul) suatu unsur atau senyawa ditangani oleh ilmu khusus - kristalografi.
Benda padat juga menjadi perhatian khusus. Dengan mempelajari perilaku partikel dan strukturnya, ahli kimia dapat menjelaskan dan memprediksi bagaimana jenis bahan tertentu akan berperilaku dalam kondisi tertentu. Partikel terkecil suatu zat padat tersusun dalam kisi. Inilah yang disebut susunan partikel yang teratur, di mana berbagai ikatan kimia di antara mereka memainkan peran penting.
Teori pita tentang struktur benda padat menganggapnya sebagai kumpulan atom, yang masing-masing terdiri dari inti dan elektron. Dalam struktur kristal, inti atom terletak di simpul kisi kristal, yang dicirikan oleh periodisitas spasial tertentu.
Bagaimana struktur zat cair?
Struktur zat padat dan zat cair serupa karena partikel penyusunnya terletak pada jarak yang berdekatan. Perbedaannya adalah molekul-molekul bergerak bebas, karena gaya tarik-menarik di antara molekul-molekul tersebut jauh lebih lemah dibandingkan pada benda padat.
Sifat apa yang dimiliki zat cair? Yang pertama adalah fluiditas, dan yang kedua adalah cairan akan mengikuti bentuk wadah tempatnya ditempatkan. Jika Anda memanaskannya, volumenya akan bertambah. Karena kedekatan partikel satu sama lain, cairan tidak dapat dikompresi.
Bagaimana struktur dan struktur benda gas?
Partikel-partikel gas tersusun secara acak, jaraknya sangat jauh sehingga tidak ada gaya tarik menarik yang dapat timbul di antara mereka. Sifat apa yang dimiliki gas dan bagaimana struktur benda gas? Biasanya, gas secara merata memenuhi seluruh ruang tempatnya ditempatkan. Ini mudah dikompres. Kecepatan partikel benda gas meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Pada saat yang sama, tekanan juga meningkat.
Struktur benda gas, cair dan padat dicirikan oleh perbedaan jarak antara partikel terkecil zat tersebut. Jarak partikel gas jauh lebih jauh dibandingkan partikel padat atau cair. Di udara, misalnya, jarak rata-rata antar partikel adalah sekitar sepuluh kali diameter tiap partikel. Jadi, volume molekul hanya menempati sekitar 0,1% dari total volume. 99,9% sisanya adalah ruang kosong. Sebaliknya, partikel cair mengisi sekitar 70% dari total volume cairan.
Setiap partikel gas bergerak bebas sepanjang lintasan lurus hingga bertabrakan dengan partikel lain (gas, cair atau padat). Partikel-partikel tersebut biasanya bergerak cukup cepat, dan setelah keduanya bertabrakan, mereka memantul satu sama lain dan melanjutkan perjalanannya sendiri. Tabrakan ini mengubah arah dan kecepatan. Sifat-sifat partikel gas ini memungkinkan gas untuk mengembang memenuhi bentuk atau volume apa pun.
Perubahan negara
Struktur benda gas, cair, dan padat dapat berubah jika terkena pengaruh luar tertentu. Mereka bahkan dapat berubah wujud menjadi satu sama lain dalam kondisi tertentu, misalnya saat dipanaskan atau didinginkan.
- Penguapan. Struktur dan sifat benda cair memungkinkannya, dalam kondisi tertentu, berubah menjadi keadaan fisik yang sama sekali berbeda. Misalnya, jika Anda tidak sengaja menumpahkan bensin saat mengisi bahan bakar mobil, Anda akan segera menyadari baunya yang menyengat. Bagaimana ini bisa terjadi? Partikel bergerak ke seluruh cairan, akhirnya mencapai permukaan. Gerakan terarahnya dapat membawa molekul-molekul ini keluar dari permukaan menuju ruang di atas cairan, namun gravitasi akan menariknya kembali. Sebaliknya, jika suatu partikel bergerak sangat cepat, ia dapat terpisah satu sama lain dalam jarak yang cukup jauh. Jadi, dengan meningkatnya kecepatan partikel, yang biasanya terjadi ketika dipanaskan, terjadi proses penguapan, yaitu perubahan wujud cair menjadi gas.
Perilaku tubuh dalam keadaan fisik yang berbeda
Struktur gas, cairan, dan padatan terutama disebabkan oleh fakta bahwa semua zat ini terdiri dari atom, molekul, atau ion, namun perilaku partikel-partikel ini bisa sangat berbeda. Partikel-partikel gas berjarak acak satu sama lain, molekul-molekul cair berdekatan satu sama lain, tetapi strukturnya tidak sekokoh padatan. Partikel gas bergetar dan bergerak dengan kecepatan tinggi. Atom dan molekul cairan bergetar, bergerak, dan meluncur melewati satu sama lain. Partikel benda padat juga dapat bergetar, tetapi gerakan seperti itu bukanlah ciri khasnya.
Fitur struktur internal
Untuk memahami perilaku materi, pertama-tama kita harus mempelajari ciri-ciri struktur internalnya. Apa perbedaan internal antara granit, minyak zaitun, dan helium dalam balon? Model sederhana struktur materi akan membantu menjawab pertanyaan ini.
Model adalah versi sederhana dari suatu benda atau zat nyata. Misalnya, sebelum konstruksi sebenarnya dimulai, arsitek terlebih dahulu membuat model proyek konstruksi. Model yang disederhanakan seperti itu tidak serta merta menyiratkan deskripsi yang tepat, tetapi pada saat yang sama dapat memberikan gambaran perkiraan tentang seperti apa struktur tertentu nantinya.
Model yang disederhanakan
Namun dalam sains, model tidak selalu berupa benda fisik. Abad terakhir telah menyaksikan peningkatan signifikan dalam pemahaman manusia tentang dunia fisik. Namun, sebagian besar akumulasi pengetahuan dan pengalaman didasarkan pada konsep-konsep yang sangat kompleks, seperti rumus matematika, kimia, dan fisika.
Untuk memahami semua ini, Anda harus menguasai ilmu-ilmu eksakta dan kompleks ini dengan cukup baik. Para ilmuwan telah mengembangkan model yang disederhanakan untuk memvisualisasikan, menjelaskan, dan memprediksi fenomena fisik. Semua ini sangat menyederhanakan pemahaman mengapa beberapa benda memiliki bentuk dan volume yang konstan pada suhu tertentu, sementara benda lain dapat mengubahnya, dan seterusnya.
Semua materi terdiri dari partikel-partikel kecil. Partikel-partikel ini terus bergerak. Banyaknya pergerakan berhubungan dengan suhu. Peningkatan suhu menunjukkan peningkatan kecepatan gerakan. Struktur benda gas, cair, dan padat dibedakan berdasarkan kebebasan bergerak partikel-partikelnya, serta seberapa kuat partikel-partikel tersebut saling tertarik satu sama lain. Fisik tergantung pada kondisi fisiknya. Uap air, air cair, dan es mempunyai sifat kimia yang sama, namun sifat fisiknya berbeda nyata.
