Бүх амьд бус бодисууд нь өөр өөр байж болох бөөмсөөс бүрддэг. Хий, шингэн, хатуу биетүүдийн бүтэц нь өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг. Хатуу биет дэх тоосонцор нь хоорондоо маш ойрхон байдаг тул тэдгээрийг маш бат бөх болгодог. Нэмж дурдахад тэдгээр нь тодорхой хэлбэрийг хадгалж чаддаг, учир нь тэдний хамгийн жижиг хэсгүүд нь бараг хөдөлдөггүй, харин зөвхөн чичирдэг. Шингэн дэх молекулууд хоорондоо нэлээд ойрхон боловч чөлөөтэй хөдөлж чаддаг тул өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаггүй. Хийн хэсгүүд маш хурдан хөдөлж, эргэн тойронд нь ихэвчлэн маш их зай байдаг тул тэдгээрийг амархан шахаж болно гэсэн үг юм.

Хатуу бодисын шинж чанар, бүтэц

Хатуу бодисын бүтэц, бүтцийн онцлог юу вэ? Эдгээр нь бие биентэйгээ маш ойрхон байрладаг хэсгүүдээс бүрдэнэ. Тэд хөдөлж чадахгүй тул хэлбэр нь тогтмол хэвээр байна. Хатуу биетийн шинж чанарууд юу вэ? Энэ нь шахагдахгүй, харин халсан тохиолдолд температур нэмэгдэх тусам түүний хэмжээ нэмэгдэх болно. Энэ нь бөөмс чичирч, хөдөлж эхэлснээр нягтрал буурахад хүргэдэг.

Хатуу бодисын нэг онцлог нь тэдгээр нь тогтмол хэлбэртэй байдаг. Хатуу бодис халах үед бөөмсийн хөдөлгөөн нэмэгддэг. Илүү хурдан хөдөлж буй хэсгүүд илүү хүчтэй мөргөлдөж, бөөмс бүр хөршөө түлхэхэд хүргэдэг. Тиймээс температурын өсөлт нь ихэвчлэн биеийн хүч чадлыг нэмэгдүүлдэг.

Хатуу бодисын болор бүтэц

Хатуу биетийн зэргэлдээх молекулуудын хоорондын харилцан үйлчлэлийн молекул хоорондын хүч нь тэдгээрийг тогтмол байрлалд байлгахад хангалттай хүчтэй байдаг. Хэрэв эдгээр хамгийн жижиг хэсгүүд нь маш эрэмбэлэгдсэн бүтэцтэй бол ийм бүтцийг ихэвчлэн талст гэж нэрлэдэг. Элемент эсвэл нэгдлийн бөөмс (атом, ион, молекул) -ын дотоод дарааллын асуудлыг тусгай шинжлэх ухаан - талстографийн чиглэлээр авч үздэг.

Хатуу бодисууд нь бас онцгой сонирхолтой байдаг. Бөөмүүдийн зан байдал, тэдгээрийн бүтэц хэрхэн явагддагийг судалснаар химич нар тодорхой төрлийн материал тодорхой нөхцөлд хэрхэн ажиллахыг тайлбарлаж, урьдчилан таамаглаж чадна. Хатуу биетийн хамгийн жижиг хэсгүүд нь торонд байрладаг. Энэ нь бөөмсийн тогтмол зохион байгуулалт гэж нэрлэгддэг бөгөөд тэдгээрийн хооронд янз бүрийн химийн холбоо чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Хатуу биеийн бүтцийн туузан онол нь үүнийг атомуудын цуглуулга гэж үздэг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь цөм ба электронуудаас бүрддэг. Кристал бүтцэд атомын цөмүүд нь тодорхой орон зайн үечлэлээр тодорхойлогддог болор торны зангилаанд байрладаг.

Шингэний бүтэц нь юу вэ?

Хатуу болон шингэний бүтэц нь тэдгээрийн бүрдэх хэсгүүд нь ойрын зайд байрладаг тул ижил төстэй байдаг. Үүний ялгаа нь молекулууд чөлөөтэй хөдөлдөг, учир нь тэдгээрийн хоорондох таталцлын хүч нь хатуу биетэй харьцуулахад хамаагүй сул байдаг.

Шингэн ямар шинж чанартай байдаг вэ? Эхнийх нь шингэн чанар, хоёр дахь нь шингэн нь түүнийг байрлуулсан савны хэлбэрийг авах явдал юм. Хэрэв та үүнийг халаавал эзлэхүүн нэмэгдэх болно. Бөөмүүд хоорондоо ойрхон байдаг тул шингэнийг шахах боломжгүй байдаг.

Хийн биетүүдийн бүтэц, бүтэц ямар байдаг вэ?

Хийн хэсгүүд нь санамсаргүй байдлаар байрладаг тул бие биенээсээ маш хол байрладаг тул тэдгээрийн хооронд ямар ч татах хүч үүсэхгүй. Хий нь ямар шинж чанартай, хийн биетүүдийн бүтэц ямар байдаг вэ? Дүрмээр бол хий нь байрлуулсан бүх орон зайг жигд дүүргэдэг. Энэ нь амархан шахагддаг. Хийн биетийн хэсгүүдийн хурд нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Үүний зэрэгцээ даралт нэмэгддэг.

Хий, шингэн, хатуу биетүүдийн бүтэц нь эдгээр бодисын хамгийн жижиг хэсгүүдийн хоорондох өөр өөр зайгаар тодорхойлогддог. Хийн хэсгүүд нь хатуу эсвэл шингэн хэсгүүдээс хамаагүй хол зайд оршдог. Жишээлбэл, агаарт бөөмс хоорондын дундаж зай нь бөөмс бүрийн диаметрээс арав дахин их байдаг. Тиймээс молекулуудын эзэлхүүн нь нийт эзэлхүүний ердөө 0.1% -ийг эзэлдэг. Үлдсэн 99.9% нь хоосон зай юм. Үүний эсрэгээр шингэн хэсгүүд нь нийт шингэний эзлэхүүний 70 орчим хувийг эзэлдэг.

Хийн бөөмс бүр өөр бөөмстэй (хий, шингэн эсвэл хатуу) мөргөлдөх хүртэл шулуун замаар чөлөөтэй хөдөлдөг. Бөөмүүд ихэвчлэн нэлээд хурдан хөдөлж, хоёр нь мөргөлдсөний дараа бие биенээсээ үсэрч, ганцаараа замаа үргэлжлүүлнэ. Эдгээр мөргөлдөөн нь чиглэл, хурдыг өөрчилдөг. Хийн хэсгүүдийн эдгээр шинж чанарууд нь хий нь ямар ч хэлбэр, эзэлхүүнийг дүүргэхийн тулд өргөжих боломжийг олгодог.

Төрийн өөрчлөлт

Хий, шингэн, хатуу биетүүдийн бүтэц нь гадны тодорхой нөлөөлөлд өртөхөд өөрчлөгдөж болно. Тэд халаах, хөргөх зэрэг тодорхой нөхцөлд бие биенийхээ төлөв байдалд хувирч болно.

• Ууршилт. Шингэн биетүүдийн бүтэц, шинж чанар нь тэдгээрийг тодорхой нөхцөлд огт өөр физик төлөвт хувиргах боломжийг олгодог. Жишээлбэл, хэрэв та машинаа цэнэглэж байхдаа санамсаргүй байдлаар бензин асгасан бол түүний хурц үнэрийг хурдан анзаарах болно. Энэ нь яаж болдог вэ? Бөөмүүд нь шингэний туршид хөдөлж, эцэст нь гадаргуу дээр хүрдэг. Тэдний чиглэсэн хөдөлгөөн нь эдгээр молекулуудыг гадаргуугаас цааш шингэний дээрх орон зайд зөөвөрлөх боломжтой боловч таталцал тэднийг буцааж татна. Нөгөөтэйгүүр бөөмс маш хурдан хөдөлж байвал бусдаас нилээд хол зайд тусгаарлагдана. Тиймээс халаах үед ихэвчлэн тохиолддог бөөмсийн хурд нэмэгдэхийн хэрээр ууршилт, өөрөөр хэлбэл шингэнийг хий болгон хувиргах процесс явагддаг.

Биеийн янз бүрийн төлөв байдалд бие махбодийн зан байдал

Хий, шингэн, хатуу биетүүдийн бүтэц нь эдгээр бүх бодисууд нь атом, молекул эсвэл ионуудаас бүрддэгтэй холбоотой боловч эдгээр хэсгүүдийн үйлдэл нь огт өөр байж болно. Хийн бөөмс нь бие биенээсээ санамсаргүй байдлаар байрладаг, шингэний молекулууд хоорондоо ойрхон байдаг боловч тэдгээр нь хатуу биет шиг хатуу бүтэцтэй байдаггүй. Хийн хэсгүүд чичирч, өндөр хурдтайгаар хөдөлдөг. Шингэний атом ба молекулууд бие биенийхээ хажуугаар чичирч, хөдөлж, гулсдаг. Хатуу биеийн хэсгүүд ч чичирч болно, гэхдээ хөдөлгөөн нь тэдний онцлог шинж биш юм.

Дотоод бүтцийн онцлог

Материйн зан төлөвийг ойлгохын тулд эхлээд түүний дотоод бүтцийн онцлогийг судлах хэрэгтэй. Бөмбөлөг дэх боржин чулуу, оливын тос, гели хоёрын дотоод ялгаа юу вэ? Материйн бүтцийн энгийн загвар нь энэ асуултад хариулахад тусална.

Загвар бол бодит объект эсвэл бодисын хялбаршуулсан хувилбар юм. Жишээлбэл, бодит барилгын ажил эхлэхээс өмнө архитекторууд эхлээд барилгын төслийн загварыг барьдаг. Ийм хялбаршуулсан загвар нь яг тодорхой тайлбар гэсэн үг биш боловч тодорхой бүтэц ямар байх талаар ойролцоогоор ойлголт өгөх боломжтой.

Хялбаршуулсан загварууд

Шинжлэх ухаанд загвар нь үргэлж физик бие биш юм. Өнгөрсөн зуунд хүн төрөлхтний физик ертөнцийн талаарх ойлголт мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн. Гэсэн хэдий ч хуримтлагдсан мэдлэг, туршлагын ихэнх хэсэг нь математик, хими, физикийн томьёо гэх мэт маш нарийн төвөгтэй ойлголтууд дээр суурилдаг.

Энэ бүхнийг ойлгохын тулд эдгээр нарийн бөгөөд нарийн төвөгтэй шинжлэх ухааныг нэлээд сайн мэддэг байх хэрэгтэй. Эрдэмтэд физик үзэгдлийг дүрслэн харуулах, тайлбарлах, урьдчилан таамаглах хялбаршуулсан загваруудыг боловсруулсан. Энэ бүхэн нь яагаад зарим бие нь тодорхой температурт тогтмол хэлбэр, эзэлхүүнтэй байдаг бол зарим нь тэдгээрийг өөрчилж чаддаг гэх мэт ойлголтыг ихээхэн хялбаршуулдаг.

Бүх бодис жижиг хэсгүүдээс тогтдог. Эдгээр хэсгүүд нь байнгын хөдөлгөөнд байдаг. Хөдөлгөөний хэмжээ нь температураас хамаарна. Температурын өсөлт нь хөдөлгөөний хурд нэмэгдэж байгааг харуулж байна. Хий, шингэн, хатуу биетүүдийн бүтэц нь тэдгээрийн хэсгүүдийн хөдөлгөөний эрх чөлөө, түүнчлэн бөөмсүүд бие биендээ хэр хүчтэй татагддагаар ялгагдана. Биеийн байдал нь түүний биеийн байдлаас хамаарна. Усны уур, шингэн ус, мөс нь ижил химийн шинж чанартай боловч физик шинж чанар нь мэдэгдэхүйц ялгаатай байдаг.

Хий, шингэн, хатуу бодисын бүтцийн загварууд

Бүх бодисууд гуравт байж болно нэгтгэх төлөвүүд.

Хий– бодис нь тодорхой эзэлхүүн, хэлбэр дүрсгүй хуримтлагдах төлөв. Хийн хувьд бодисын тоосонцор нь ширхэгийн хэмжээнээс хамаагүй хол зайд арилдаг. Бөөмүүдийн хоорондох татах хүч нь бага бөгөөд тэдгээрийг бие биендээ ойртуулж чадахгүй. Бөөмийн харилцан үйлчлэлийн боломжит энергийг тэгтэй тэнцүү гэж үздэг, өөрөөр хэлбэл бөөмийн хөдөлгөөний кинетик энергиэс хамаагүй бага байна. Бөөмүүд нь санамсаргүй байдлаар тархаж, хий байрладаг савны бүх эзэлхүүнийг эзэлдэг. Хийн хэсгүүдийн траекторууд нь тасархай шугамууд юм (нэг цохилтоос нөгөөд бөөмс жигд, шулуунаар хөдөлдөг). Хий нь амархан шахагддаг.

Шингэн- бодис нь тодорхой эзэлхүүнтэй боловч хэлбэрээ хадгалдаггүй бөөгнөрөл. Шингэн дэх хэсгүүдийн хоорондох зайг бөөмийн хэмжээтэй харьцуулах боломжтой тул шингэн дэх хэсгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч их байдаг. Бөөмийн харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги нь тэдний кинетик энергитэй харьцуулж болно. Гэхдээ энэ нь бөөмсийг эмх цэгцтэй байрлуулахад хангалтгүй юм. Шингэний хувьд зөвхөн хөрш зэргэлдээ хэсгүүдийн харилцан чиглэл ажиглагддаг. Шингэний хэсгүүд нь тодорхой тэнцвэрийн байрлалыг тойрон эмх замбараагүй хэлбэлзэл хийж, хэсэг хугацааны дараа хөршүүдтэйгээ байраа сольдог. Эдгээр үсрэлтүүд нь шингэний шингэнийг тайлбарладаг.

Хатуу– бодис нь тодорхой эзэлхүүнтэй, хэлбэр дүрсээ хадгалсан нэгдлийн төлөв. Хатуу бодисын хувьд бөөмс хоорондын зай нь бөөмийн хэмжээтэй харьцуулж болох боловч шингэнээс бага байдаг тул бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч асар их бөгөөд энэ нь бодис хэлбэрээ хадгалах боломжийг олгодог. Бөөмийн харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги нь тэдний кинетик энергиэс их байдаг тул хатуу биетүүдэд болор тор гэж нэрлэгддэг бөөмсийн дараалсан зохицуулалт байдаг. Хатуу биетийн бөөмс нь тэнцвэрийн байрлал (болор торны зангилаа) эргэн тойронд эмх замбараагүй хэлбэлзэл хийж, хөршүүдтэйгээ маш ховор байрлалыг өөрчилдөг. Кристалууд нь өвөрмөц шинж чанартай байдаг - анизотропи - болор дахь чиглэлийн сонголтоос физик шинж чанараас хамаардаг.

Хий, шингэн, хатуу бодисын бүтэц. Уусмалын бүтцийн онцлог. "Реактив талбар" гэсэн ойлголт
Шингэний бүтцийн онол: хий ба хатуу бодисын бүтэцтэй харьцуулах Шингэний бүтэц (бүтэц). Шингэний бүтэц нь одоогоор физик химичүүдийн нарийн судлах сэдэв юм. Энэ чиглэлээр судалгаа хийхэд спектр (IR, NMR, янз бүрийн долгионы урттай гэрлийн тархалт), рентген туяа, квант механик болон статистик тооцооны аргууд гэх мэт орчин үеийн аргуудыг ашигладаг. Шингэний шинж чанар нь хоорондоо нягт уялдаатай молекулуудын геометр, туйлшралаас хамаардаг тул шингэний онол нь хийн онолоос хамаагүй бага хөгжсөн байдаг. Нэмж дурдахад шингэний тодорхой бүтэц байхгүй байгаа нь тэдгээрийн албан ёсны тайлбарыг төвөгтэй болгодог - ихэнх сурах бичигт хий, талст хатуу бодисоос илүү шингэнд бага зай эзэлдэг. Бодисын хатуу, шингэн, хий гэсэн гурван нийлмэл төлөв тус бүрийн онцлог шинж чанарууд юу вэ? (хүснэгт)
1) Хатуу: бие нь эзэлхүүн, хэлбэрийг хадгалж байдаг
2) Шингэн нь эзэлхүүнийг хадгалах боловч хэлбэрээ амархан өөрчилдөг.
3) Хий нь хэлбэр, эзэлхүүнтэй байдаггүй.

Ижил бодисын эдгээр төлөвүүд нь молекулуудын төрлөөр биш (энэ нь адилхан), харин молекулууд хэрхэн байрлаж, хөдөлж байгаагаараа ялгаатай байдаг.
1) Хийн хувьд молекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс хамаагүй их байдаг.
2) Шингэний молекулууд хол зайд тархдаггүй бөгөөд хэвийн нөхцөлд шингэн нь эзэлхүүнээ хадгалдаг.
3) Хатуу бодисын тоосонцор нь тодорхой дарааллаар байрладаг. Бөөм бүр нь цагны дүүжин шиг болор торны тодорхой цэгийг тойрон хөдөлдөг, өөрөөр хэлбэл хэлбэлздэг.
Температур буурахад шингэн нь хатуурч, буцлах цэгээс дээш гарахад хийн төлөвт шилждэг. Зөвхөн энэ баримт нь шингэн нь хий ба хатуу биетүүдийн хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг бөгөөд энэ нь хоёулангаасаа ялгаатай болохыг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч шингэн нь эдгээр төлөв бүртэй ижил төстэй шинж чанартай байдаг.
Хий ба шингэний хоорондох хил бүрэн алга болох температур байдаг. Энэ бол эгзэгтэй цэг гэж нэрлэгддэг цэг юм. Хий бүрийн хувьд тодорхой температур байдаг бөгөөд түүнээс дээш даралт нь шингэн байж чадахгүй; Энэ чухал температурт шингэн ба түүний ханасан уурын хоорондох хил (менискус) алга болно. Критик температур (үнэмлэхүй буцлах цэг) байдгийг 1860 онд Д.И.Менделеев тогтоосон. Шингэн ба хийг нэгтгэдэг хоёр дахь шинж чанар нь изотропи юм. Өөрөөр хэлбэл, эхлээд харахад шингэн нь талстаас илүү хийтэй ойрхон байдаг гэж үзэж болно. Яг л хий шиг шингэн нь изотроп шинж чанартай байдаг. Тэдний шинж чанар бүх чиглэлд ижил байдаг. Кристалууд нь эсрэгээрээ анизотроп шинж чанартай байдаг: янз бүрийн чиглэлд талстуудын хугарлын индекс, шахалт, хүч чадал болон бусад олон шинж чанарууд өөр өөр байдаг. Хатуу талст бодисууд нь дахин давтагдах элементүүдтэй эмх цэгцтэй бүтэцтэй байдаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийг рентген туяаны дифракцаар судлах боломжийг олгодог (1912 оноос хойш ашигласан рентген туяаны дифракцийн арга).

Шингэн ба хий хоёр юугаараа нийтлэг байдаг вэ?
A) Изотропи. Шингэний шинж чанар нь хий шиг бүх чиглэлд ижил байдаг, өөрөөр хэлбэл. анизотроп шинж чанартай талстуудаас ялгаатай нь изотроп шинж чанартай байдаг.
B) Шингэн нь хий шиг өвөрмөц хэлбэртэй байдаггүй бөгөөд савны хэлбэрийг авдаг (бага зуурамтгай чанар, өндөр шингэн).
Шингэн ба хийн молекулууд хоорондоо мөргөлдөж, нэлээд чөлөөтэй хөдөлдөг. Өмнө нь шингэний эзэлхүүн дотор тэдгээрийн радиусын нийлбэрээс давсан зайг ижил магадлалтай гэж үздэг байсан, өөрөөр хэлбэл. молекулуудын эмх цэгцтэй зохион байгуулалтад хандах хандлагыг үгүйсгэв. Тиймээс шингэн ба хий нь тодорхой хэмжээгээр талстуудтай зөрчилддөг байв.
Судалгааны явц ахих тусам шингэн болон хатуу биетүүдийн бүтэц хоорондоо ижил төстэй байдгийг олон тооны баримт харуулж байна. Жишээлбэл, дулааны багтаамж ба шахалтын коэффициентийн утгууд, ялангуяа хайлах цэгийн ойролцоо бараг л давхцдаг бол шингэн ба хийн хувьд эдгээр утгууд эрс ялгаатай байдаг.
Энэ жишээнээс бид хатуурах температуртай ойролцоо температурт шингэн дэх дулааны хөдөлгөөний дүр төрх нь хий биш харин хатуу биет дэх дулааны хөдөлгөөнтэй төстэй гэж дүгнэж болно. Үүний зэрэгцээ бодисын хийн болон шингэн төлөв байдлын хооронд ийм мэдэгдэхүйц ялгааг тэмдэглэж болно. Хийн хувьд молекулууд орон зайд бүрэн эмх замбараагүй тархдаг, өөрөөр хэлбэл. Сүүлийнх нь бүтэцгүй боловсролын жишээ гэж үздэг. Шингэн нь тодорхой бүтэцтэй хэвээр байна. Энэ нь дор хаяж нэг тодорхой максимумыг харуулсан рентген туяаны дифракцаар туршилтаар батлагдсан. Шингэний бүтэц нь түүний молекулуудын орон зайд тархах хэлбэр юм. Хүснэгтэнд хий болон шингэний төлөв байдлын ижил төстэй байдал ба ялгааг харуулсан болно.
Хийн фаз Шингэн фаз
1. Молекулуудын хоорондох зай l ихэвчлэн (бага даралтын хувьд) молекулын радиусаас хамаагүй том байна r: l  r ; Хийн эзэлдэг бараг бүх эзлэхүүн V нь чөлөөт эзэлхүүн юм. Шингэн фазын хувьд эсрэгээрээ l 2. 3/2кТ-тай тэнцүү бөөмсийн дундаж кинетик энерги нь тэдгээрийн молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн боломжит энергиээс их байна тэдгээрийн хөдөлгөөний энерги: U3/2 кТ
3. Бөөмсүүд хөрвүүлэх хөдөлгөөний явцад мөргөлддөг, мөргөлдөх давтамжийн хүчин зүйл нь бөөмсийн масс, тэдгээрийн хэмжээ, температураас хамаарна. Чичиргээний далайц a нь чөлөөт эзэлхүүнээс хамаарна, a  (Vf/ L)1/3
4. Бөөмийн тархалт нь тэдгээрийн хөрвүүлэх хөдөлгөөний үр дүнд үүсдэг ба диффузийн коэффициент D  0.1 - 1 см2/с (p  105 Па) ба хийн даралтаас хамаарна.
(D  p-1) ED идэвхжүүлэх энергитэй бөөмс нэг эсээс нөгөө эс рүү үсэрсний үр дүнд тархалт үүсдэг.
D  наалдамхай бус шингэн дэх e-ED/RT
D  0.3 - 3 см2/хоног.
5. Бөөм чөлөөтэй эргэдэг, эргэлтийн давтамж r нь зөвхөн бөөмийн инерцийн моментууд ба температураар тодорхойлогддог, эргэлтийн давтамж r T1/2 Эргэлтийг эсийн ханаар дарангуйлдаг. бөөмс нь молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч, vr  e- Er/RT-ээс хамаардаг Эр потенциал саадыг давж дагалддаг.
Гэсэн хэдий ч шингэн төлөв нь хэд хэдэн чухал үзүүлэлтээр (квази талст) хатуу төлөвт ойрхон байна. Туршилтын баримтуудын хуримтлал нь шингэн ба талстууд нийтлэг зүйлтэй болохыг харуулж байна. Бие даасан шингэний физик-химийн судалгаагаар тэдгээр нь бараг бүгдээрээ талст бүтцийн зарим элементтэй болохыг харуулсан.
Нэгдүгээрт, шингэн дэх молекул хоорондын зай нь хатуу бодисынхтай ойролцоо байна. Сүүлийнх нь хайлах үед бодисын хэмжээ бага зэрэг өөрчлөгддөг (ихэвчлэн энэ нь 10% -иас ихгүй нэмэгддэг) энэ нь нотлогддог. Хоёрдугаарт, шингэн ба хатуу биет дэх молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн энерги бага зэрэг ялгаатай байдаг. Энэ нь хайлуулах дулаан нь ууршилтын дулаанаас хамаагүй бага байдагтай холбоотой юм. Жишээлбэл, усны хувьд Hpl = 6 кЖ/моль, Hsp = 45 кЖ/моль; бензолын хувьд Hpl = 11 кЖ/моль, Hsp = 48 кЖ/моль.
Гуравдугаарт, хайлах явцад бодисын дулааны багтаамж маш бага өөрчлөгддөг, өөрөөр хэлбэл. энэ хоёр мужид ойрхон байна. Үүнээс үзэхэд шингэн дэх бөөмсийн хөдөлгөөний шинж чанар нь хатуу биетийнхтэй ойролцоо байна. Дөрөвдүгээрт, шингэн нь хатуу биетэй адил их хэмжээний суналтын хүчийг эвдрэлгүйгээр тэсвэрлэдэг.
Шингэн ба хатуу бодисын хоорондох ялгаа нь шингэн юм: хатуу бие нь хэлбэрээ хадгалдаг, шингэн нь бага хүчний нөлөөн дор ч амархан өөрчлөгддөг. Эдгээр шинж чанарууд нь молекул хоорондын хүчтэй харилцан үйлчлэл, молекулуудын байрлалын богино хугацааны дараалал, молекулуудын байрлалыг харьцангуй хурдан өөрчлөх чадвар зэрэг шингэний бүтцийн онцлогоос үүсдэг. Шингэнийг хөлдөх цэгээс буцалгах хүртэл халаахад түүний шинж чанар нь халаахад аажмаар өөрчлөгдөж, хийтэй төстэй байдал аажмаар нэмэгддэг.
Бидний хүн нэг бүр шингэн гэж үздэг олон бодисыг амархан санаж чадна. Гэсэн хэдий ч шингэн нь зарим талаараа хатуу биетэй төстэй, зарим талаараа хийтэй төстэй физик шинж чанартай байдаг тул материйн төлөв байдлын талаар нарийн тодорхойлолт өгөх нь тийм ч хялбар биш юм. Шингэн ба хатуу бодисын ижил төстэй байдал нь шилэн материалд хамгийн тод илэрдэг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр тэдгээрийн хатуу төлөвөөс шингэн рүү шилжих нь аажмаар явагддаг бөгөөд тодорхой хайлах цэг биш, зүгээр л илүү зөөлөн, зөөлөн болдог тул ямар температурын хязгаарт хатуу, ямар шингэн гэж нэрлэхийг зааж өгөх боломжгүй юм. Шингэн төлөвт байгаа шилэн бодисын зуурамтгай чанар нь хатуу төлөвөөс бага байдаг гэж бид хэлж чадна. Тиймээс хатуу шилийг ихэвчлэн хэт хөргөсөн шингэн гэж нэрлэдэг. Шингэний хамгийн онцлог шинж чанар нь тэдгээрийг хатуу бодисоос ялгадаг нь бага зуурамтгай чанар юм. өндөр эргэлт. Үүний ачаар тэд цутгаж буй савны хэлбэрийг авдаг. Молекулын түвшинд өндөр урсах чадвар нь шингэний хэсгүүдийн харьцангуй их эрх чөлөө гэсэн үг юм. Энэ утгаараа шингэн нь хийтэй төстэй боловч шингэний хоорондох молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч илүү их байдаг ч молекулууд хоорондоо ойрхон байрладаг бөгөөд хөдөлгөөн нь илүү хязгаарлагдмал байдаг.
Үүнийг өөр өөрөөр хандаж болно - холын болон ойрын зайн дэг журам гэсэн санааны үүднээс. Алсын зайн дараалал нь талст хатуу биетүүдэд байдаг бөгөөд атомууд нь хатуу дарааллаар байрладаг бөгөөд гурван хэмжээст бүтцийг бүрдүүлдэг бөгөөд үүнийг нэгж нүдийг олон удаа давтах замаар олж авах боломжтой. Шингэн болон шилэнд урт хугацааны дараалал байхгүй. Гэхдээ энэ нь тэдгээрийг огт захиалаагүй гэсэн үг биш юм. Бүх атомын хамгийн ойрын хөршүүдийн тоо бараг ижил боловч сонгосон байрлалаас холдох тусам атомуудын зохион байгуулалт улам эмх замбараагүй болдог. Тиймээс захиалга зөвхөн ойрын зайд л байдаг тул богино зайн захиалга гэж нэрлэсэн. Шингэний бүтцийн хангалттай математик тайлбарыг зөвхөн статистик физикийн тусламжтайгаар өгч болно. Жишээлбэл, хэрэв шингэн нь ижил бөмбөрцөг молекулуудаас бүрддэг бол түүний бүтцийг радиаль тархалтын функц g(r) -ээр тодорхойлж болох бөгөөд энэ нь өгөгдсөн жишиг цэгээс r зайд ямар нэгэн молекулыг илрүүлэх магадлалыг өгдөг. Энэ функцийг рентген туяа эсвэл нейтроны дифракцийг судлах замаар туршилтаар олж болох бөгөөд өндөр хурдтай компьютер гарч ирснээр молекулуудын хооронд үйлчилж буй хүчний мөн чанарын талаарх одоо байгаа өгөгдөлд үндэслэн компьютерийн симуляциар тооцоолж эхэлсэн. эсвэл эдгээр хүчний талаарх таамаглал, түүнчлэн Ньютоны механикийн хуулиуд дээр . Онолын болон туршилтын аргаар олж авсан радиаль тархалтын функцуудыг харьцуулах замаар молекул хоорондын хүчний мөн чанарын талаархи таамаглал үнэн зөв эсэхийг шалгах боломжтой.
Молекулууд нь сунасан хэлбэртэй, нэг температурын хязгаарт шингэн фазын хэсгүүд заримдаа олддог бөгөөд энэ нь тэнхлэгийн урт тэнхлэгүүдийг зэрэгцээ байрлуулах хандлагатай байдаг. молекулууд. Энэ тохиолдолд чиг баримжаа олгох дарааллыг молекулуудын төвүүдийн зохицуулалтын дарааллаар дагалдаж болно. Энэ төрлийн шингэн фазыг ихэвчлэн шингэн талст гэж нэрлэдэг. Шингэн талст төлөв нь талст ба шингэн хоёрын хооронд байдаг. Шингэн талстууд нь шингэн ба анизотропи (оптик, цахилгаан, соронзон) хоёуланг нь эзэмшдэг. Заримдаа энэ төлөвийг мезоморфик (мезофаз) гэж нэрлэдэг - урт хугацааны дараалал байхгүй тул. Оршихуйн дээд хязгаар нь цэвэрлэх температур (изотроп шингэн) юм. Термотроп (мезоген) FA нь тодорхой температураас дээш байдаг. Ердийн нэг нь цианобифенил юм. Лиотропик - ууссан үед, жишээлбэл, саван, полипептид, липид, ДНХ-ийн усан уусмал.
Шингэн талстыг судлах (мезофаза - хоёр үе шаттайгаар хайлах - үүлэрхэг хайлмал, дараа нь ил тод, талст үе шатаас анизотроп оптик шинж чанартай завсрын хэлбэрээр шингэн рүү шилжих) нь технологийн зорилгоор чухал ач холбогдолтой - шингэн болор дэлгэц.
Хийн молекулууд эмх замбараагүй (санамсаргүй байдлаар) хөдөлдөг. Хийн хувьд атом эсвэл молекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс дунджаар хэд дахин их байдаг. Хийн молекулууд өндөр хурдтай (хэдэн зуун м/с) хөдөлдөг. Тэд мөргөлдөхдөө туйлын уян бөмбөлөг шиг бие биенээсээ үсэрч, хурдны хэмжээ, чиглэлийг өөрчилдөг. Молекулуудын хоорондох их зайд таталцлын хүч нь бага бөгөөд хийн молекулуудыг бие биенийхээ ойролцоо барих чадваргүй байдаг. Тиймээс хий нь хязгааргүй тэлэх боломжтой. Хий нь амархан шахагддаг, молекулуудын хоорондох дундаж зай багасч, хэмжээнээс нь том хэвээр байна. Хий нь хэлбэр, эзэлхүүнийг хадгалдаггүй бөгөөд тэдгээрийн хэмжээ, хэлбэр нь дүүргэсэн савны хэмжээ, хэлбэртэй давхцдаг. Савны хананд молекулуудын олон тооны нөлөөлөл нь хийн даралтыг үүсгэдэг.
Шингэний молекулууд хоорондоо бараг ойрхон байрладаг. Тиймээс шингэнийг шахаж, эзэлхүүнийг хадгалахад маш хэцүү байдаг. Шингэний молекулууд тэнцвэрийн байрлалыг тойрон чичирдэг. Молекул үе үе нэг хөдөлгөөнгүй төлөвөөс нөгөөд шилжих шилжилтийг ихэвчлэн гадны хүчний үйл ажиллагааны чиглэлд хийдэг. Молекулын суурин төлөвт байх хугацаа богино бөгөөд температур нэмэгдэх тусам багасч, молекулын шинэ суурин төлөвт шилжих хугацаа бүр богино байдаг. Тиймээс шингэн нь шингэн бөгөөд хэлбэрээ хадгалж чаддаггүй бөгөөд цутгаж буй савны хэлбэрийг авдаг.

Шингэний кинетик онол Я.И.Френкелийн боловсруулсан шингэний кинетик онол нь шингэнийг хэсэгчлэн талст төлөвийг санагдуулам хэсгүүдийн динамик систем гэж үздэг. Хайлах цэгийн ойролцоо температурт шингэн дэх дулааны хөдөлгөөн нь тодорхой дундаж тэнцвэрийн байрлал дахь бөөмсийн гармоник чичиргээ хүртэл буурдаг. Кристал төлөв байдлаас ялгаатай нь шингэн дэх молекулуудын эдгээр тэнцвэрийн байрлал нь молекул бүрийн хувьд түр зуурын шинж чанартай байдаг. Тэнцвэрийн нэг байрлалд хэсэг хугацаанд t хэлбэлзсэний дараа молекул ойролцоо байрлах шинэ байрлал руу үсэрдэг. Ийм үсрэлт нь U энерги зарцуулснаар тохиолддог тул "суурин амьдрах" хугацаа t нь температураас дараах байдлаар хамаарна: t = t0 eU/RT, энд t0 нь тэнцвэрийн байрлалыг тойрсон нэг хэлбэлзлийн үе юм. Өрөөний температурт усны хувьд t » 10-10 сек, t0 = 1.4 x 10-12 сек, өөрөөр хэлбэл нэг молекул 100 орчим чичиргээ хийсний дараа шинэ байрлал руу үсэрч, тэр чигээрээ хэлбэлздэг. Рентген туяа ба нейтроны тархалтын талаарх өгөгдлөөс төвөөр сонгосон нэг бөөмсөөс r зайнаас хамаарч бөөмийн тархалтын нягтын функц -ийг тооцоолох боломжтой. Талст биетэд урт хугацааны дараалал байгаа тохиолдолд (r) функц нь хэд хэдэн тодорхой максимум ба минимумтай байна. Шингэн дотор бөөмсийн хөдөлгөөн өндөр байдаг тул зөвхөн богино зайн дарааллыг хадгалдаг. Шингэний рентген туяаны дифракцийн загвараас энэ нь тодорхой харагдаж байна: шингэний хувьд (r) функц нь тодорхой эхний максимумтай, хоёр дахь нь бүдэг бадаг, дараа нь (r) = const байна. Кинетик онол нь хайлалтыг дараах байдлаар тодорхойлдог. Хатуу биетийн болор торонд үргэлж бага хэмжээний хоосон орон зай (нүх) байдаг бөгөөд тэдгээр нь болорыг аажмаар тойрон эргэлддэг. Температур нь хайлах цэг рүү ойртох тусам "нүх"-ийн концентраци ихсэх бөгөөд тэдгээр нь дээжээр илүү хурдан хөдөлдөг. Хайлах цэгт "нүх" үүсэх үйл явц нь нуранги шиг хоршоо шинж чанартай болж, бөөмсийн систем динамик болж, алсын зайн дараалал алга болж, урсац үүснэ. Хайлахад шийдвэрлэх үүрэг нь шингэн дэх чөлөөт эзэлхүүн үүсэх замаар гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь системийг шингэн болгодог. Шингэн ба хатуу талст биетүүдийн хоорондох хамгийн чухал ялгаа нь шингэнд чөлөөт эзэлхүүн байдаг бөгөөд түүний нэлээд хэсэг нь хэлбэлзэлтэй байдаг ("нүх") бөгөөд шингэнээр тэнүүчлэх нь түүнд ийм эрчмийг өгдөг. шингэн чанар зэрэг шинж чанар. Ийм "нүхний тоо", тэдгээрийн хэмжээ, хөдөлгөөн нь температураас хамаарна. Бага температурт шингэн нь талст биет болж хувираагүй бол эзэлхүүн, "нүх" -ийн хөдөлгөөн багасч, маш бага шингэнтэй аморф хатуу болж хувирдаг. Сүүлийн хэдэн арван жилд кинетик онолын зэрэгцээ шингэний статистикийн онол амжилттай хөгжиж байна.

Мөс ба усны бүтэц. Хэвийн нөхцөлд хамгийн чухал бөгөөд нийтлэг шингэн бол ус юм. Энэ бол дэлхий дээрх хамгийн түгээмэл молекул юм! Энэ нь маш сайн уусгагч юм. Жишээлбэл, бүх биологийн шингэн нь ус агуулдаг. Ус нь олон төрлийн органик бус (давс, хүчил, суурь) болон органик бодисыг (архи, сахар, карбоксилын хүчил, амин) уусгадаг. Энэ шингэн ямар бүтэцтэй вэ? Бид эхний лекц дээр авч үзсэн асуудал, тухайлбал, устөрөгчийн холбоо гэх мэт тодорхой молекул хоорондын харилцан үйлчлэлд эргэн орох шаардлагатай болно. Шингэн болон талст хэлбэрээр ус нь маш олон устөрөгчийн холбоо байдаг тул гажиг шинж чанарыг харуулдаг. Эдгээр хэвийн бус шинж чанарууд юу вэ: өндөр буцалгах цэг, өндөр хайлах цэг, ууршилтын өндөр энтальпи. Эхлээд график, дараа нь хүснэгт, дараа нь хоёр усны молекулын хоорондох устөрөгчийн холбооны диаграммыг харцгаая. Үнэн хэрэгтээ, усны молекул бүр өөр 4 усны молекулыг тойрон зохицуулдаг: хоёр нь хүчилтөрөгчийн улмаас, хоёр протонжуулсан устөрөгчийн хоёр хос электрон хосын донорын хувьд, хоёр нь бусад усны молекулуудын хүчилтөрөгчтэй зохицуулагддаг. Өмнөх лекцээр VI бүлгийн гидридийн үеээс хамааран хайлах цэг, буцлах цэг, уурших энтальпийн график бүхий слайдыг үзүүлсэн. Эдгээр хамаарал нь хүчилтөрөгчийн гидридын хувьд тодорхой гажигтай байдаг. Усны эдгээр бүх үзүүлэлтүүд нь дараахь хүхэр, селен, теллурын гидридийн бараг шугаман хамаарлаас таамаглаж байснаас мэдэгдэхүйц өндөр байна. Бид үүнийг протонжуулсан устөрөгч ба электрон нягтрал хүлээн авагч - хүчилтөрөгчийн хооронд устөрөгчийн холбоо байгаагаар тайлбарлав. Устөрөгчийн холбоог чичиргээт хэт улаан туяаны спектроскопи ашиглан хамгийн амжилттай судалдаг. Чөлөөт OH бүлэг нь молекулын хэт улаан туяаны шингээлтийн спектрийн өвөрмөц зурвасыг үүсгэдэг O-H холбоо ээлжлэн уртасч, богиносдог өвөрмөц чичиргээний энергитэй байдаг. Гэсэн хэдий ч, хэрэв OH бүлэг устөрөгчийн холбоонд оролцвол устөрөгчийн атом нь хоёр талдаа атомуудаар холбогддог бөгөөд ингэснээр түүний чичиргээ "саармагжиж", давтамж буурдаг. Дараах хүснэгтээс харахад устөрөгчийн бондын хүч чадал, "концентраци" нэмэгдэх нь шингээлтийн давтамж буурахад хүргэдэг. Дээрх зурагт 1-р муруй нь мөсөн дэх O-H бүлгүүдийн хэт улаан туяаны шингээлтийн спектрийн хамгийн их хэмжээтэй тохирч байна (бүх H-бондууд холбогдсон); муруй 2 нь CCl4-д ууссан бие даасан H2O молекулуудын O-H бүлгүүдийн хэт улаан туяаны шингээлтийн спектрийн хамгийн их хэмжээтэй тохирч байна (H бонд байхгүй бол - CCl4 дахь H2O-ийн уусмал хэт шингэрсэн); 3-р муруй нь шингэн усны шингээлтийн спектртэй тохирч байна. Хэрэв шингэн усанд устөрөгчийн холбоо үүсгэдэг ба үүсгэдэггүй хоёр төрлийн O-H бүлгүүд байсан бол усан дахь зарим O-H бүлгүүд мөстэй адил (ижил давтамжтай) чичирдэг (тэдгээр нь H- үүсгэдэг). бонд), болон бусад - CCl4-ийн орчинд байдаг шиг (тэдгээр нь H-бонд үүсгэдэггүй). Дараа нь усны спектр нь O-H бүлгийн хоёр төлөвт харгалзах хоёр максимумтай байх болно, тэдгээрийн хоёр онцлог чичиргээний давтамж: бүлгийн чичиргээний давтамжтай энэ нь гэрлийг шингээдэг. Гэхдээ "дээд тал нь хоёр" зураг ажиглагдахгүй байна! Харин 3-р муруй дээр бид 1-р муруйгаас 2-р муруй хүртэл үргэлжилсэн маш бүдэг бадаг максимумыг харж байна. Энэ нь шингэн усан дахь бүх O-H бүлгүүд устөрөгчийн холбоо үүсгэдэг гэсэн үг - гэхдээ эдгээр бүх холбоо нь өөр өөр энергитэй байдаг " сул” (өөр өөр энергитэй), янз бүрийн аргаар. Эндээс харахад усан дахь устөрөгчийн зарим холбоо тасарч, зарим нь хадгалагдан үлдэж байгаа дүр зураг хатуухан хэлэхэд буруу байна. Гэсэн хэдий ч энэ нь усны термодинамик шинж чанарыг тайлбарлахад маш энгийн бөгөөд тохиромжтой тул үүнийг өргөнөөр ашигладаг бөгөөд бид мөн үүн рүү хандах болно. Гэхдээ энэ нь бүрэн үнэн зөв биш гэдгийг бид санаж байх ёстой.
Тиймээс IR спектроскопи нь устөрөгчийн холбоог судлах хүчирхэг арга бөгөөд үүнтэй холбоотой шингэн ба хатуу бодисын бүтцийн талаархи олон мэдээллийг спектрийн аргыг ашиглан олж авдаг. Үүний үр дүнд шингэн усны хувьд мөстэй төстэй загвар (О.Я. Самойловын загвар) нь хамгийн нийтлэг хүлээн зөвшөөрөгдсөн загваруудын нэг юм. Энэ загварын дагуу шингэн ус нь дулааны хөдөлгөөнөөр эвдэрсэн мөс шиг тетраэдр хүрээтэй байдаг (дулааны хөдөлгөөний нотолгоо ба үр дагавар - Брауны хөдөлгөөнийг анх 1827 онд английн ургамал судлаач Роберт Браун микроскопоор цэцгийн тоос дээр ажигласан) (ус бүр мөсөн талст дахь молекул нь мөсөнтэй харьцуулахад бага энергитэй устөрөгчийн холбоогоор холбогддог - "сул" устөрөгчийн холбоо) түүнийг хүрээлэн буй дөрвөн усны молекултай), энэ хүрээний хоосон зай нь усны молекулуудаар хэсэгчлэн дүүрч, усны молекулууд мөс шиг хүрээний хоосон зай, зангилаанд байрладаг нь энергийн хувьд тэгш бус байдаг.

Уснаас ялгаатай нь мөсөн болор нь болор торны зангилаанд ижил энергитэй усны молекулууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь зөвхөн чичиргээний хөдөлгөөнийг гүйцэтгэдэг. Ийм болор нь богино болон урт хугацааны дараалалтай байдаг. Шингэн усанд (туйлын шингэний хувьд) болор бүтцийн зарим элементүүд хадгалагдан үлддэг (тэр ч байтугай хийн үе шатанд шингэний молекулууд нь жижиг, тогтворгүй бөөгнөрөлүүдэд дараалагддаг), гэхдээ урт хугацааны дараалал байдаггүй. Тиймээс шингэний бүтэц нь ойрын зайн дараалалтай хийн бүтцээс ялгаатай боловч алсын зайн дараалал байхгүй бол болор бүтэцээс ялгаатай. Үүнийг рентген туяаны тархалтын судалгаагаар хамгийн баттай нотолж байна. Шингэн усан дахь молекул бүрийн гурван хөрш нь нэг давхаргад байрладаг бөгөөд хөрш зэргэлдээ давхаргаас (0.276 нм) дөрөв дэх молекулаас илүү хол зайд (0.294 нм) байрладаг. Мөстэй төстэй хүрээ дэх усны молекул бүр нь нэг толин тусгал тэгш хэмтэй (хүчтэй) ба гурван төвийн тэгш хэмтэй (бага бат бөх) холбоог үүсгэдэг. Эхнийх нь өгөгдсөн давхаргын усны молекулууд ба хөрш зэргэлдээх давхаргуудын хоорондын холбоог, үлдсэн хэсэг нь нэг давхаргын усны молекулуудын хоорондох холбоог хэлнэ. Тиймээс бүх холболтын дөрөвний нэг нь толин тусгал тэгш хэмтэй, дөрөвний гурав нь төвийн тэгш хэмтэй байдаг. Усны молекулуудын тетраэдр орчны талаархи санаанууд нь түүний бүтэц нь маш нарийн бөгөөд дотор нь усны молекулуудын хэмжээтэй тэнцүү буюу түүнээс их хэмжээний хоосон зай байдаг гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн.

Шингэн усны бүтцийн элементүүд. a - энгийн усны тетраэдр (нээлттэй тойрог - хүчилтөрөгчийн атом, хар хагас - устөрөгчийн холбоо дээрх протонуудын боломжит байрлал); б - тетраэдрийн толин тусгал тэгш хэмтэй зохион байгуулалт; в - төвийн тэгш хэмтэй зохион байгуулалт; d - энгийн мөсний бүтэц дэх хүчилтөрөгчийн төвүүдийн байршил. Ус нь орон зайн сүлжээг бүрдүүлдэг устөрөгчийн бондын улмаас молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн мэдэгдэхүйц хүчээр тодорхойлогддог. Устөрөгчийн холбоо нь цахилгаан сөрөг элементтэй холбогдсон устөрөгчийн атом өөр молекулын электрон сөрөг атомтай нэмэлт холбоо үүсгэх чадвараас үүдэлтэй гэж бид өмнөх лекц дээр хэлсэн. Устөрөгчийн холбоо нь харьцангуй хүчтэй бөгөөд нэг моль тутамд 20-30 киложоуль байдаг. Хүч чадлын хувьд ван дер Ваалсын энерги ба ердийн ионы бондын энерги хоорондын завсрын байрыг эзэлдэг. Усны молекул дахь H-O химийн бондын энерги 456 кЖ/моль, харин H…O устөрөгчийн холбооны энерги 21 кЖ/моль байна.

Устөрөгчийн нэгдлүүд
Молекулын жин Температур,  C
Хөлдөөх буцалгах
H2Te 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
H2O 18 0! +100!

Мөсөн бүтэц. Ердийн мөс. Цэгтэй шугам - H-бонд. Мөсний задгай бүтцэд H2O молекулуудаар хүрээлэгдсэн жижиг хөндийнүүд харагдаж байна.
Тиймээс мөсний бүтэц нь зөвхөн устөрөгчийн холбоогоор бие биетэйгээ холбогдсон усны молекулуудын задгай бүтэц юм. Мөсний бүтэц дэх усны молекулуудын зохион байгуулалт нь бүтцэд өргөн суваг байгаа эсэхийг тодорхойлдог. Мөс хайлах үед усны молекулууд эдгээр суваг руу "унадаг" бөгөөд энэ нь мөсний нягттай харьцуулахад усны нягтрал нэмэгдэж байгааг тайлбарладаг. Мөсөн талстууд нь ердийн зургаан өнцөгт хавтан, хүснэгтийн формац, нарийн төвөгтэй хэлбэрийн харилцан ургалт хэлбэрээр үүсдэг. Ердийн мөсний бүтэц нь устөрөгчийн H холбоогоор тодорхойлогддог: энэ нь эдгээр бондын геометрийн хувьд сайн байдаг (O-H нь шууд O цэг дээр байрладаг), харин H2O молекулуудын Вандер Ваалсын нягт холбоо барихад тийм ч сайн биш юм. Тиймээс мөсний бүтэц нь задгай хэлбэртэй, H2O молекулууд нь микроскоп (H2O молекулаас бага) нүхийг бүрхдэг. Мөсний нэхсэн бүтэц нь сайн мэддэг хоёр үр дагаварт хүргэдэг: (1) мөс нь уснаас бага нягт, дотор нь хөвдөг; ба (2) хүчтэй даралтын дор - жишээлбэл, тэшүүрийн ир нь мөсийг хайлуулдаг. Мөсөнд байдаг ихэнх устөрөгчийн холбоо нь шингэн усанд хадгалагддаг. Энэ нь ус буцалгах дулаантай (0°С-т 600 кал/г) харьцуулахад мөс хайлах бага дулаанаас (80 кал/г) үүсдэг. Шингэн усанд мөсөнд байгаа H-бондуудын ердөө 80/(600+80) = 12% нь тасарсан гэж хэлж болно. Гэсэн хэдий ч усан дахь устөрөгчийн бондуудын зарим нь тасарч, зарим нь хадгалагдан үлддэг гэсэн энэ зураг нь бүрэн үнэн зөв биш юм: усны бүх устөрөгчийн холбоо суларч байна. Үүнийг дараах туршилтын өгөгдлөөр сайн харуулж байна.

Шийдлийн бүтэц. Усны тухай тодорхой жишээнүүдээс бусад шингэн рүү шилжье. Янз бүрийн шингэн нь бие биенээсээ молекулуудын хэмжээ, молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн шинж чанараараа ялгаатай байдаг. Тиймээс тодорхой шингэн бүрт тодорхой псевдокристал бүтэц байдаг бөгөөд энэ нь богино зайн дарааллаар тодорхойлогддог бөгөөд тодорхой хэмжээгээр шингэн хөлдөж, хатуу болж хувирах үед олж авсан бүтцийг санагдуулдаг. Өөр бодис ууссан үед, i.e. Уусмал үүсэх үед молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн шинж чанар өөрчлөгдөж, цэвэр уусгагчаас ялгаатай хэсгүүдийн зохион байгуулалттай шинэ бүтэц гарч ирдэг. Энэ бүтэц нь уусмалын найрлагаас хамаардаг бөгөөд тодорхой шийдэл бүрийн онцлог шинж чанартай байдаг. Шингэн уусмал үүсэх нь ихэвчлэн уусгах процесс дагалддаг, өөрөөр хэлбэл. молекул хоорондын хүчний үйлчлэлээс үүдэн уусгагч молекулуудын эргэн тойронд уусгагч молекулуудын уялдаа холбоо. Богино болон урт хугацааны шийдэл байдаг, i.e. Ууссан бодисын молекулуудын (бөөмс) эргэн тойронд анхдагч болон хоёрдогч сольвацийн бүрхүүлүүд үүсдэг. Анхдагч уусмалын бүрхүүлд уусгагч молекулууд ойрхон байрладаг бөгөөд тэдгээр нь ууссан бодисын молекулуудтай хамт хөдөлдөг. Анхдагч сольвацийн бүрхүүлд байрлах уусгагч молекулуудын тоог сольвацийн зохицуулалтын тоо гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь уусгагчийн шинж чанар болон ууссан бодисын шинж чанараас хамаарна. Хоёрдогч уусмалын бүрхүүлд илүү хол зайд байрладаг уусгагч молекулууд багтдаг бөгөөд анхдагч уусмалын бүрхүүлтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас уусмал дахь процесст нөлөөлдөг.
Солватуудын тогтвортой байдлыг авч үзэхдээ кинетик ба термодинамик тогтвортой байдлын хооронд ялгааг гаргадаг.
Усан уусмал дахь кинетик усжилтын тоон шинж чанар (О.Я. Самойлов) нь i/ ба Ei=Ei-E утгууд бөгөөд i ба  нь усны молекулуудын тэнцвэрт байдалд байх дундаж хугацаа юм. i-р ионы ойролцоо байрлал, цэвэр ус, Ei ба E нь солилцооны идэвхжүүлэх энерги ба усан дахь өөрөө тархах процессын идэвхжүүлэх энерги юм. Эдгээр хэмжигдэхүүнүүд нь хоорондоо ойролцоо харьцаагаар холбогддог.
i/  exp(Ei/RT) Энэ тохиолдолд,
хэрэв EI  0, i/  1 (ионтой хамгийн ойр усны молекулуудын солилцоо нь цэвэр усны молекулуудын хоорондын солилцооноос бага давтамжтай (удаан) явагддаг) – эерэг усжилт
хэрэв EI  0, i/  1 (ионтой хамгийн ойрхон усны молекулуудын солилцоо нь цэвэр усны молекулуудын хоорондын солилцооноос илүү олон удаа (хурдан) явагддаг) – сөрөг усжилт

Тэгэхээр литийн ионы хувьд EI = 1,7 кЖ/моль, цезийн ионы хувьд Ei= - 1,4 кЖ/моль, өөрөөр хэлбэл. жижиг "хатуу" литийн ион нь усны молекулуудыг ижил цэнэгтэй том ба "сарнисан" цезийн ионоос илүү хүчтэй байлгадаг. Үүссэн сольватуудын термодинамик тогтворжилтыг уусгах үеийн Гиббс энергийн өөрчлөлтөөр тодорхойлно (solvG) = (solvH) - T(solvS). Энэ утга нь сөрөг байх тусам сольват илүү тогтвортой байна. Энэ нь голчлон уусмалын энтальпийн сөрөг утгуудаар тодорхойлогддог.
Шийдлийн тухай ойлголт ба шийдлийн онолууд. Нэг төрлийн бөөмсийн хоорондох холбоо устаж, өөр төрлийн холбоо үүсэх, тархалтаас болж бодис бүхэлдээ тархах зэргээс шалтгаалан хоёр ба түүнээс дээш бодис хүрэлцэх үед жинхэнэ уусмал аяндаа гардаг. Шинж чанараараа уусмалыг идеал ба бодит, электролит ба электролитийн уусмал, шингэрүүлсэн ба төвлөрсөн, ханаагүй, ханасан, хэт ханасан гэж хуваадаг. Растерын шинж чанар нь ОУВС-ийн шинж чанар, хэмжээнээс хамаарна. Эдгээр харилцан үйлчлэл нь физик шинж чанартай (ван дер Ваалсын хүч) ба физик-химийн цогц шинж чанартай (устөрөгчийн холбоо, ион-молекул, цэнэгийн шилжүүлгийн цогцолбор гэх мэт) байж болно. Уусмалыг үүсгэх үйл явц нь харилцан үйлчлэгч хэсгүүдийн хооронд татах, түлхэх хүчний нэгэн зэрэг илэрдэг онцлогтой. Итгэх хүч байхгүй үед бөөмс нийлдэг (наалддаг) ба шингэнийг таталцлын хүч байхгүй үед тодорхойгүй хугацаагаар шахаж, шингэн юм уу хатуу бодисыг олж авах боломжгүй; Өмнөх лекцээр бид уусмалын физик, химийн онолыг авч үзсэн.
Гэсэн хэдий ч шийдлийн нэгдсэн онолыг бий болгоход ихээхэн бэрхшээлтэй тулгараад байгаа бөгөөд одоогоор квант механик, статистик термодинамик ба физик, болор хими, рентген туяаны дифракцийн хамгийн орчин үеийн аргуудыг ашиглан судалгаа хийж байгаа ч одоогоор үүнийг бүтээгээгүй байна. шинжилгээ, оптик арга, NMR аргууд. Реактив талбар. Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчийг үргэлжлүүлэн авч үзэхдээ конденсацсан бодис ба бодит хийн бүтэц, бүтэц, ялангуяа шингэн төлөв, улмаар бүхэл бүтэн физик химийн бүтцийг ойлгоход чухал ач холбогдолтой "реактив талбай" гэсэн ойлголтыг авч үзье. шингэн уусмалаас.
Реактив талбар нь туйлт ба туйлт бус молекулуудын холимог, жишээлбэл, нүүрсустөрөгч ба нафтины хүчлийн холимогт үүсдэг. Туйлын молекулууд нь тодорхой тэгш хэмийн талбарт (талбайн тэгш хэм нь сул молекул орбиталуудын тэгш хэмээр тодорхойлогддог) болон туйл бус молекулуудын H эрчимд нөлөөлдөг. Сүүлийнх нь цэнэгийн салалтаас болж туйлширч, энэ нь диполийн харагдах байдалд (индукц) хүргэдэг. Өдөөгдсөн диполь бүхий молекул нь туйлын молекулд нөлөөлж, түүний цахилгаан соронзон орныг өөрчилдөг. реактив (хариу) талбарыг өдөөдөг. Реактив талбар үүсэх нь бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн энергийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь туйл ба туйлшгүй молекулуудын холимог дахь туйлын молекулуудын хүчтэй solvation бүрхүүлийг бий болгоход илэрхийлэгддэг.
Реактив талбайн энергийг дараах томъёогоор тооцоолно: Үүнд:
"-" тэмдэг нь молекулуудын таталцлыг тодорхойлдог
S – статик цахилгаан нэвтрүүлэх чадвар
хязгааргүй – молекулуудын электрон ба атомын туйлшралын улмаас диэлектрик тогтмол
NA - Авогадрогийн дугаар
VM – изотроп шингэнд 1 моль туйлын бодис эзэлдэг эзэлхүүн v = диполь момент
ER - уусмал дахь 1 моль туйлын бодисын энерги
"Реактив талбар" гэсэн ойлголт нь цэвэр шингэн болон уусмалын бүтцийг илүү сайн ойлгох боломжийг бидэнд олгоно. Реактив талбарыг судлах квант химийн аргыг М.В.Базилевский болон түүний нэрэмжит Физик, химийн шинжлэх ухааны судалгааны хүрээлэнгийн хамтран ажиллагсдын бүтээлүүдэд боловсруулсан болно. Л.Я.Карпова Ийнхүү шингэн төлөвийн асуудал залуу судлаачдыг хүлээж байна. Картууд таны гарт байна.

>>Физик: Хий, шингэн, хатуу биетүүдийн бүтэц

Молекул кинетик онол нь бодис яагаад хий, шингэн, хатуу төлөвт байж болохыг ойлгох боломжийг олгодог.
Хийнүүд.Хийн хувьд атом эсвэл молекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс дунджаар хэд дахин их байдаг ( Зураг 8.5). Жишээлбэл, атмосферийн даралтын үед савны эзэлхүүн нь доторх молекулуудын эзэлхүүнээс хэдэн арван мянга дахин их байдаг.

Хий нь амархан шахагдаж, молекулуудын хоорондох дундаж зай багасдаг боловч молекулын хэлбэр өөрчлөгддөггүй ( Зураг 8.6).

Молекулууд сансар огторгуйд асар их хурдтай - секундэд хэдэн зуун метрээр хөдөлдөг. Тэд мөргөлдөхдөө бильярдын бөмбөг шиг өөр өөр чиглэлд бие биенээсээ үсэрдэг. Хийн молекулуудын сул татах хүч нь тэдгээрийг бие биенийхээ ойролцоо барьж чадахгүй. Тийм ч учраас хий хязгааргүй тэлэх боломжтой. Тэд хэлбэр, эзэлхүүнийг хадгалдаггүй.
Савны хананд молекулуудын олон тооны нөлөөлөл нь хийн даралтыг үүсгэдэг.
Шингэн. Шингэний молекулууд хоорондоо бараг ойрхон байрладаг ( Зураг 8.7), тиймээс шингэний молекул нь хийн молекулаас өөрөөр ажилладаг. Шингэний хувьд богино зайн дараалал гэж нэрлэгддэг, өөрөөр хэлбэл молекулуудын дарааллыг хэд хэдэн молекулын диаметртэй тэнцүү зайд хадгалдаг. Молекул нь хөрш зэргэлдээх молекулуудтай мөргөлдөх замаар тэнцвэрийн байрлалынхаа эргэн тойронд хэлбэлздэг. Зөвхөн үе үе дахин "үсрэлт" хийж, шинэ тэнцвэрийн байрлалд ордог. Энэ тэнцвэрийн байрлалд түлхэх хүч нь татах хүчтэй тэнцүү, өөрөөр хэлбэл молекулын харилцан үйлчлэх нийт хүч тэг байна. Цаг хугацаа суурин амьдралУсны молекулууд, өөрөөр хэлбэл тасалгааны температурт тодорхой тэнцвэрийн байрлал дахь түүний чичиргээний хугацаа дунджаар 10-11 секунд байна. Нэг хэлбэлзлийн хугацаа хамаагүй бага (10 -12 -10 -13 сек). Температур нэмэгдэхийн хэрээр молекулуудын оршин суух хугацаа буурдаг.

Зөвлөлтийн физикч Я.И Френкель анх тогтоосон шингэн дэх молекулын хөдөлгөөний мөн чанар нь шингэний үндсэн шинж чанарыг ойлгох боломжийг олгодог.
Шингэний молекулууд бие биенийхээ хажууд байрладаг. Эзлэхүүн буурах тусам түлхэх хүч нь маш их болдог. Үүнийг тайлбарлаж байна шингэний шахалт багатай.
Мэдэгдэж байгаагаар, шингэн нь шингэн, өөрөөр хэлбэл хэлбэрээ хадгалдаггүй. Үүнийг ингэж тайлбарлаж болно. Гадны хүч нь секундэд молекулын үсрэлтийн тоог мэдэгдэхүйц өөрчилдөггүй. Гэхдээ молекулуудын нэг хөдөлгөөнгүй байрлалаас нөгөө рүү үсрэх нь ихэвчлэн гадны хүчний чиглэлд явагддаг ( Зураг 8.8). Ийм учраас шингэн урсаж, савны хэлбэрийг авдаг.

Зураг 8.11-д Якутын алмазыг үзүүлэв.

Хий нь зайтай лмолекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс хамаагүй том байна r 0:" l>>r 0 .
Шингэн болон хатуу биетэнд l≈r 0. Шингэний молекулууд эмх замбараагүй байрлалтай байдаг бөгөөд үе үе нэг суурин газраас нөгөө рүү үсэрдэг.
Талст хатуу биетүүд нь хатуу дарааллаар байрласан молекулууд (эсвэл атомууд) байдаг.

???
1. Хий нь хязгааргүй тэлэх чадвартай. Дэлхий яагаад агаар мандалтай байдаг вэ?
2. Хий, шингэн, хатуу биетийн молекулуудын замнал хэрхэн ялгаатай вэ? Эдгээр төлөвт байгаа бодисын молекулуудын ойролцоо траекторийг зур.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцкий, Физик 10-р анги

Хэрэв танд энэ хичээлтэй холбоотой засвар, санал байвал,

1. Шингэний бүтцийн загвар. Ханасан ба ханаагүй хосууд; ханасан уурын даралтын температураас хамаарах хамаарал; буцалгах. Агаарын чийгшил; шүүдэр цэг, гигрометр, психометр.

Ууршилт - шингэний чөлөөт гадаргуугаас ямар ч температурт үүсдэг ууршилт. Ямар ч температурт дулааны хөдөлгөөний үед шингэний молекулуудын кинетик энерги нь бусад молекулуудтай холбогдох боломжит энергиэс хэтрдэггүй. Ууршилт нь шингэнийг хөргөх замаар дагалддаг. Ууршилтын хурд нь: задгай гадаргуугийн талбай, температур, шингэний ойролцоох молекулуудын концентрацаас хамаарна.

Конденсац- бодисыг хийн төлөвөөс шингэн төлөвт шилжүүлэх үйл явц.
Тогтмол температурт хаалттай саванд шингэнийг ууршуулах нь хийн төлөвт уурших бодисын молекулуудын концентрацийг аажмаар нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Ууршилт эхэлснээс хойш хэсэг хугацааны дараа хийн төлөвт байгаа бодисын концентраци нь шингэн рүү буцаж ирэх молекулуудын тоо ижил хугацаанд шингэнээс гарч буй молекулуудын тоотой тэнцэх утгад хүрнэ. Суулгасан динамик тэнцвэрбодисын ууршилт ба конденсацийн процессуудын хооронд.

Шингэнтэй динамик тэнцвэрт байдалд байгаа хийн төлөвт байгаа бодисыг нэрлэдэг ханасан уур. (Уур нь ууршилтын явцад шингэнийг орхих молекулуудын цуглуулга юм.) Ханасан хэмжээнээс доогуур даралттай уурыг ханаагүй гэж нэрлэдэг.

Усан сан, хөрс, ургамлын гадаргуугаас ус байнга ууршдаг, мөн хүн, амьтны амьсгалын улмаас агаар мандалд үргэлж усны уур байдаг. Тиймээс атмосферийн даралт нь хуурай агаар ба түүнд агуулагдах усны уурын даралтын нийлбэр юм. Агаарыг уураар ханасан үед усны уурын даралт хамгийн их байх болно. Ханасан уур нь ханаагүй уураас ялгаатай нь хамгийн тохиромжтой хийн хуулийг дагаж мөрддөггүй. Тиймээс ханасан уурын даралт нь эзэлхүүнээс хамаардаггүй, харин температураас хамаардаг. Энэ хамаарлыг энгийн томъёогоор илэрхийлэх боломжгүй тул ханасан уурын даралтын температураас хамаарах туршилтын судалгаанд үндэслэн түүний даралтыг янз бүрийн температурт тодорхойлох боломжтой хүснэгтүүдийг эмхэтгэсэн.

Өгөгдсөн температурт агаар дахь усны уурын даралтыг гэнэ үнэмлэхүй чийгшил. Уурын даралт нь молекулуудын концентрацитай пропорциональ байдаг тул үнэмлэхүй чийгшил нь өгөгдсөн температурт агаарт агуулагдах усны уурын нягтыг куб метр тутамд килограммаар илэрхийлсэн (p) гэж тодорхойлж болно.

Харьцангуй чийгшилЭнэ нь өгөгдсөн температур дахь агаар дахь усны уурын нягт (эсвэл даралт) ба тухайн үеийн усны уурын нягт (эсвэл даралт) харьцаа юм. ижил температур, хувиар илэрхийлсэн, i.e.

Уур амьсгалын дунд өргөрөгт хүмүүсийн хувьд хамгийн таатай нөхцөл бол 40-60% харьцангуй чийгшил юм.

Агаарын температурыг бууруулснаар түүний доторх уурыг ханасан байдалд хүргэж болно.

шүүдэр цэгнь агаар дахь уур ханасан температур юм. Шүүдэр цэгт хүрэхэд агаарт эсвэл түүнтэй харьцаж буй объектууд дээр усны уур нь өтгөрч эхэлдэг. Агаарын чийгшлийг тодорхойлохын тулд гигрометр, психрометр гэж нэрлэгддэг багаж хэрэгслийг ашигладаг.