Pri obravnavi realnih plinov - plinov, katerih lastnosti so odvisne od interakcije molekul, je treba upoštevati sile medmolekularne interakcije. Pojavijo se na daljavo< 10-9 м и быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами. Такие силы называются короткодействующими.
V 20. stoletju kot ideje o strukturi atoma in kvantna mehanika, je bilo ugotovljeno, da privlačne in odbojne sile delujejo med molekulami snovi hkrati. Na sl. 88, a prikazuje kvalitativno odvisnost sil medmolekularne interakcije od razdalje r med molekulami, kjer sta F0 in Fp odbojna in privlačna sila, F pa je njihova rezultanta. Odbojne sile veljajo za pozitivne, medsebojne privlačne sile pa za negativne.
Na razdalji r = r0 je rezultantna sila F = 0, to pomeni, da se sili privlačnosti in odboja uravnotežita. Tako razdalja r0 ustreza ravnotežni razdalji med molekulama, na kateri bi bile v odsotnosti toplotnega gibanja. Pri g< г0 преобладают силы отталкивания (F >0), za r > r0-privlačna sila (F< 0). На расстояниях г >10-9 m medmolekulskih interakcijskih sil praktično ni (F = 0).
Elementarno delo A sile F s povečanjem razdalje med molekulami za dr se izvrši zaradi zmanjšanja medsebojne potencialne energije molekul, tj.
Iz analize kvalitativne odvisnosti potencialne energije interakcije molekul na razdalji med njimi (sl. 88, b) sledi, da če se molekule nahajajo druga od druge na razdalji, na kateri molekularne sile interakcije ne delujejo (r ), potem je P = 0. S postopnim približevanjem molekul med njimi se pojavijo privlačne sile (F< 0), которые совершают положительную работу (A = Fdr >0). Nato se v skladu z (60.1) potencialna interakcijska energija zmanjša in doseže minimum pri r = r0. Pri g< г0 с уменьшением г силы отталкивания (F >0) močno povečajo in opravljeno delo proti njim je negativno (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 potencialna energija.
2. Van der Waalsova enačba realnega plina
Ob upoštevanju lastne prostornine molekul in sil medmolekularne interakcije je nizozemski fizik I. Van der Waals (1837-1923) izpeljal enačbo stanja pravi plin. Po Van der Waalsovih izračunih je notranji tlak obratno sorazmeren s kvadratom molske prostornine, tj.
kjer je a van der Waalsova konstanta, ki označuje sile medmolekularne privlačnosti, Vm je molski volumen.
Z uvedbo teh popravkov dobimo van der Waalsovo enačbo za mol plina (enačbo stanja realnih plinov):
Za poljubno količino snovi v plin (v = m/M), ob upoštevanju dejstva, da je V = vVm, ima van der Waalsova enačba obliko
kjer sta popravka a in b konstantni količini za vsak plin, določeni eksperimentalno (van der Waalsove enačbe so zapisane za dve plinski stanji, znani iz izkušenj, in rešeni za a in b).
Pri izpeljavi van der Waalsove enačbe so bile narejene številne poenostavitve, zato je tudi zelo približna, čeprav se bolje ujema (predvsem pri rahlo stisnjenih plinih) z izkušnjami kot enačba stanja idealen plin.
3.Prehod iz plinastega stanja v tekoče in trdno
Kondenzacija je prehod vode iz plinastega v tekoče stanje. Ko v atmosferi pride do kondenzacije, nastanejo drobne kapljice s premerom reda nekaj mikrometrov. Večje kapljice nastanejo s spajanjem manjših kapljic ali s taljenjem ledenih kristalov.
Kondenzacija se začne, ko zrak doseže nasičenost, kar se najpogosteje zgodi v ozračju, ko temperatura pade. Ko temperatura pade na rosišče, vodna para doseže stanje nasičenosti. Z nadaljnjim znižanjem temperature se odvečna vodna para, ki presega potrebno za nasičenje, spremeni v tekoče stanje.
Ohlajevanje zraka se največkrat zgodi adiabatno zaradi njegovega širjenja brez prenosa toplote na okoliški zrak. Ta ekspanzija se zgodi predvsem, ko se zrak dviga.
Znano je, da ko zrak ni nasičen, se adiabatno ohladi za 1C na vsakih 100 m dviga. V modrem je za zrak, ki ni zelo daleč od nasičenosti, povsem dovolj, da se dvignete nekaj sto metrov in v skrajnem primeru enega do dva tisoč metrov, da se v njem začne kondenzacija.
Ko nastanejo megle, glavni razlog za ohlajanje zraka ni več adiabatni dvig, temveč prenos toplote iz zraka zemeljsko površje.
V atmosferskih razmerah ne pride samo do kondenzacije, temveč tudi do sublimacije - nastajanja kristalov, prehoda vodne pare v trdno stanje. Ta proces poteka pri zelo nizkih temperaturah - pod -40°C. Trdne padavine, ki padajo iz oblakov, imajo običajno dobro definirano kristalno strukturo; Vsi poznajo kompleksne oblike snežink - šesterokrake zvezde s številnimi vejami. Več jih najdemo v oblakih in padavinah preproste oblike kristali, pa tudi zamrznjene kapljice. Kristali se na zemeljskem površju pojavijo tudi pri temperaturah pod ničlo (inje, inje itd.).
Molekularne sile. Med molekulami snovi obstajajo medsebojne sile, ki jih imenujemo molekularne sile. Če med molekulami ne bi bilo privlačnih sil, bi bile vse snovi pod kakršnimi koli pogoji samo v plinasto stanje. Le zahvaljujoč silam privlačnosti se molekule držijo ena blizu druge in tvorijo tekoča in trdna telesa.
Vendar same privlačne sile ne morejo zagotoviti obstoja trajnostne formacije iz atomov in molekul. Na zelo majhnih razdaljah med molekulami delujejo odbojne sile.
Struktura atomov in molekul. Atom, predvsem pa molekula, je kompleksen sistem, sestavljen iz posameznih nabitih delcev - elektronov in atomskih jeder. Čeprav so molekule na splošno električno nevtralne, med njimi na kratkih razdaljah delujejo pomembne sile. električne sile. Interakcija poteka med elektroni in jedri sosednjih molekul. Opis gibanja delcev znotraj atomov in molekul ter sil interakcije med molekulami je zelo težka naloga. Upoštevana je atomska fizika. Predstavili bomo samo rezultat: približno odvisnost sile interakcije med dvema molekulama od razdalje med njima.
Atomi in molekule so sestavljeni iz nabitih delcev nasprotnih predznakov. Med elektroni ene molekule in atomska jedra drugo so gravitacijske sile. Hkrati med elektroni obeh molekul in med njunima jedroma delujejo odbojne sile.
Zaradi električne nevtralnosti atomov in molekul so molekularne sile kratkega dosega. Na razdaljah, ki večkrat presegajo velikost molekul, interakcijske sile med njimi praktično nimajo učinka.
Odvisnost molekulskih sil od razdalje med molekulami. Poglejmo, kako se projekcija interakcijske sile med njima na premico, ki povezuje središča molekul, spreminja glede na razdaljo med molekulama. Na razdaljah, ki presegajo 2-3 molekularne premere, je odbojna sila praktično enaka nič. Opazna je le sila privlačnosti. Z zmanjševanjem razdalje se povečuje sila privlačnosti in hkrati začne delovati sila odbijanja. Ta sila se zelo hitro poveča, ko se začnejo elektronske lupine atomov prekrivati. Kot rezultat, primerjalno dolge razdalje molekule privlačijo, majhne molekule pa odbijajo.
Na sliki 8 je prikazana približna odvisnost projekcije odbojne sile od razdalje med središči molekul (zgornja krivulja), projekcije privlačne sile (spodnja krivulja) in projekcije rezultantne sile (srednja krivulja). Projekcija odbojne sile je pozitivna, projekcija privlačne sile pa negativna. Tanek navpične črte izvedeno zaradi lažjega izvajanja dodajanja projekcij sile.
Na razdalji r 0, približno enaki vsoti polmerov molekul, je projekcija nastale sile F r = 0, saj je privlačna sila po velikosti enaka odbojni sili (slika 9, a). Ko je r > r 0, privlačna sila presega odbojno silo in projekcija nastale sile (debela puščica) je negativna (slika 9, b).
Če je r → ∞, potem F r → 0. Na razdaljah r< r 0 сила отталкивания превосходит силу притяжения (рис. 9, в).Izvor prožnostnih sil. Odvisnost interakcijskih sil med molekulami od razdalje med njimi pojasnjuje pojav elastične sile med stiskanjem in raztezanjem teles. Če poskušate molekule približati na razdaljo manjšo od r0, potem začne delovati sila, ki preprečuje približevanje. Nasprotno, ko se molekule odmikajo druga od druge, deluje privlačna sila, ki po prenehanju zunanjega vpliva vrne molekule v prvotni položaj.
Z majhnim mešanjem molekul iz ravnotežnih položajev se sila privlačnosti ali odboja linearno povečuje z naraščajočim premikom. Na majhnem območju lahko krivuljo štejemo za ravni segment (odebeljeni del krivulje na sliki 8). Zato se pri majhnih deformacijah izkaže za veljaven Hookov zakon, po katerem je elastična sila sorazmerna z deformacijo. Pri velikih molekularnih premikih Hookov zakon ne velja več.
Ker se pri deformaciji telesa spreminjajo razdalje med vsemi molekulami, predstavljajo sosednje plasti molekul nepomemben del skupne deformacije. Zato je Hookov zakon izpolnjen pri deformacijah, ki so milijonkrat večje od velikosti molekul.
3!PLINASTO STANJE.
TEKOČA SESTAVA
TEŽKO STANJE
4! GAZ (francoski gaz, iz grškega chaos - kaos), agregatno stanje snov, v kateri se njeni sestavni atomi in molekule gibljejo skoraj prosto in kaotično v intervalih med trki, med katerimi nenadna sprememba naravo njihovega gibanja. Plinasto stanje snovi je najpogostejše stanje snovi v vesolju. Sonce, zvezde, oblaki medzvezdne snovi, meglice, atmosfere planetov itd. so sestavljeni iz plinov, nevtralnih ali ioniziranih (plazma). Plini so v naravi zelo razširjeni: tvorijo zemeljsko atmosfero, znatne količine najdemo v trdnih zemeljskih kamninah, raztopljenih v vodi oceanov, morij in rek. Najdeno v naravne razmere plini so praviloma mešanice kemijsko posameznih plinov. Plini enakomerno zapolnijo prostor, ki jim je na voljo, in se za razliko od tekočin in trdnih snovi ne tvorijo prosta površina. Izvajajo pritisk na lupino, ki omejuje prostor, ki ga zapolnjujejo. Gostota plinov pri normalnem tlaku je več velikosti manjša gostota tekočine. Za razliko od trdnih snovi in tekočin je prostornina plinov močno odvisna od tlaka in temperature. Lastnosti večine plinov – prosojnost, brezbarvnost in lahkotnost – so oteževale preučevanje, zato sta se fizika in kemija plinov razvijali počasi.
Šele v 17. stol. dokazano je, da ima zrak težo (E. Torricelli in B. Pascal). Istočasno je J. van Helmont uvedel izraz plini za označevanje zraku podobnih snovi. In šele sredi 19. stoletja. postavljeni so bili osnovni zakoni, ki jih plini upoštevajo. Sem spadajo Boylov zakon - Mariotte, Charlesov zakon, Gay-Lussacov zakon, Avogadrov zakon. Lastnosti dovolj redkih plinov, pri katerih so razdalje med molekulami pri normalne razmere približno 10 nm, kar je pomembno večji od polmera delovanje medmolekulskih interakcijskih sil. Plin, katerega molekule veljajo za neinterakcijske materialne točke, imenujemo idealen plin. Idealni plini strogo spoštujejo zakone Boyle - Mariotte in Gay-Lussac. Skoraj vsi plini se ne obnašajo kot idealni plini visoki pritiski in ne preveč nizke temperature. Enačba pV=RT se imenuje enačba stanja idealnega plina. Leta 1834 jo je pridobil B. Clapeyron in posplošil D. I. Mendelejev za katero koli maso plina. Plinska konstanta R, vključena v to enačbo, je 8,31 J/mol. toča Enačba Clapeyron-Mendeleev velja le za idealni plini. Tudi zanje velja Daltonov zakon. Molekularno kinetična teorija plinov obravnava pline kot zbirko šibko medsebojno delujočih delcev (molekul ali atomov) v neprekinjenem kaotičnem (toplotnem) gibanju. Na podlagi teh enostavne predstavitve kinetična teorija uspe razložiti glavno fizične lastnosti plini, predvsem polni - lastnosti redkih plinov. Pri dovolj redčenih plinih so povprečne razdalje med molekulami bistveno večje od polmera delovanja medmolekulskih sil. Na primer, pri normalnih pogojih je v 1 cm3 plina ~ 1019 molekul, povprečna razdalja med njimi pa je ~ 10-6 cm Z vidika molekularne kinetične teorije je tlak plina posledica številnih udarcev plinskih molekul. na stenah posode, povprečeno v času in po stenah posode. Pri normalnih pogojih in makroskopskih dimenzijah posode je število udarcev na 1 cm2 površine približno 1024 na sekundo. Vsako snov lahko pretvorimo v plinasto stanje z ustrezno izbiro tlaka in temperature. Zato je možno območje obstoja plinastega stanja grafično prikazano v spremenljivkah: tlak p - temperatura T (na p-T diagramu). obstaja kritična temperatura Tk, pod katerim je to območje omejeno s sublimacijskimi (sublimacijskimi) in vaporizacijskimi krivuljami5! Avogadrovo število:
6,02214129(27)·10²³ mol⁻¹
6!Vakuum(iz lat. vacuus- prazen) - prostor brez snovi. V tehniki in uporabni fiziki vakuum razumemo kot medij, ki vsebuje plin pri tlaku, ki je bistveno nižji od atmosferskega. Za vakuum je značilno razmerje med prosto potjo molekul plina λ in značilno velikostjo medija d. Spodaj d Glede na vrednost razmerja λ/ se lahko vzame razdalja med stenami vakuumske komore, premer vakuumskega cevovoda itd. d Obstaja nizek (), srednji () in visok () vakuum.
7! Idealni plin - matematični model plin, pri katerem se predpostavlja, da lahko zanemarimo potencialno energijo molekul v primerjavi z njihovo kinetično energijo. Med molekulami ni privlačnih ali odbojnih sil, trki delcev med seboj in s stenami posode so absolutno elastični, interakcijski čas med molekulami pa je v primerjavi s povprečnim časom med trki zanemarljiv.
Model se široko uporablja za reševanje problemov plinske termodinamike in aeroplinske dinamike. Na primer, zrak pri zračni tlak ta model z veliko natančnostjo opisuje sobno temperaturo. V primeru ekstremnih temperatur ali pritiskov je potreben natančnejši model, kot je van der Waalsov plinski model, ki upošteva privlačnost med molekulami.
Obstajajo klasični idealni plini (njegove lastnosti izhajajo iz zakonov klasična mehanika in jih opisuje Boltzmannova statistika) in kvantni idealni plin (lastnosti določajo zakoni kvantne mehanike, ki jih opisuje Fermi-Dirakova ali Bose-Einsteinova statistika).
Klasični idealni plin.
Lastnosti idealnega plina, ki temeljijo na molekularno kinetičnih konceptih, so določene na podlagi fizični model idealnega plina, pri katerem so podane naslednje predpostavke:
prostornina delcev plina enako nič(to pomeni, da je premer molekule zanemarljiv v primerjavi s povprečno razdaljo med njima);
zagon se prenaša samo med trki (to pomeni, da se privlačne sile med molekulami ne upoštevajo, odbojne sile pa nastanejo le med trki);
skupna energija delcev plina je konstantna (to pomeni, da ni prenosa energije zaradi prenosa toplote ali sevanja)
V tem primeru se delci plina gibljejo neodvisno drug od drugega, tlak plina na steno je enak vsoti impulzov na enoto časa, ki se prenesejo ob trku delcev v steno, energija pa je vsota energij plina delci. Lastnosti idealnega plina opisuje Mendeleev-Clapeyronova enačba
kje je tlak, koncentracija delcev, - Boltzmannova konstanta, - absolutna temperatura.
Ravnotežno porazdelitev delcev klasičnega idealnega plina po stanjih opisuje Boltzmannova porazdelitev:
kjer je povprečno število delcev v th stanju z energijo, konstanta pa je določena s pogojem normalizacije:
Kje - polna številka delci.
Boltzmannova porazdelitev je mejni primer ( kvantne učinke so zanemarljivo majhne) Fermi - Diracove in Bose - Einsteinove porazdelitve, zato je klasični idealni plin mejni primer Fermijevega in Bosejevega plina.
Za vsak idealen plin velja Mayerjeva relacija:
kjer je univerzalna plinska konstanta, je molarna toplotna kapaciteta pri stalen pritisk, - molarna toplotna kapaciteta pri stalni prostornini.
9!Charlesov zakon ali Gay-Lussacov drugi zakon - eden glavnih plinski zakoni, ki opisuje razmerje med tlakom in temperaturo za idealni plin. Eksperimentalno odvisnost tlaka plina od temperature pri konstantni prostornini je leta 1787 ugotovil Charles in izboljšal Gay-Lussac leta 1802. Preprosto povedano, če se temperatura plina poveča, se poveča tudi njegov tlak, če se masa in prostornina plina povečata. zakon ostaja nespremenjen matematična oblika, če se temperatura meri z absolutna lestvica, na primer v stopinj Kelvina. Matematično je zakon zapisan takole:
p- tlak plina,
T- temperatura plina (v stopinjah Kelvina),
k- konstantno.
Ta zakon je resničen, ker je temperatura merilo povprečne kinetične energije snovi. če kinetična energija plin poveča, njegovi delci hitreje trčijo ob stene posode in s tem ustvarijo višji tlak.
Primerjati isto snov na dveh različni pogoji, lahko zakon zapišemo v obliki.
Interakcija atomov in molekul snovi. Med molekulami snovi hkrati delujeta privlačna in odbojna sila. Te sile v močna stopnja odvisno od razdalje med molekulami. Po eksperimentalnem in teoretično raziskovanje, so medmolekularne interakcijske sile obratno sorazmerne z n-to potenco razdalje med molekulami. kjer je za privlačne sile n=7, za odbojne pa n=9...15.
Odbojnih sil je veliko več moči privlačnost na kratke razdalje (r 
V plinih je razdalja med molekulami mnogokrat večja od velikosti samih molekul. Zaradi tega so interakcijske sile med molekulami plina majhne. Vsaka molekula se prosto giblje od drugih molekul z ogromnimi hitrostmi (na stotine metrov na sekundo), pri čemer doživlja redke trke in spreminja smer in modul hitrosti. Srednja prosta pot molekul plina je odvisna od tlaka in temperature plina. Pri normalnih pogojih "~10-7 m. V tekočinah je razdalja med molekulami veliko manjša kot v plinih. Interakcijske sile med molekulami so velike, zaradi česar molekule tekočine zanihajo okoli določenega ravnotežnega položaja, nato naredijo skok, zanihajo v novem okolju, nato spet naredijo skok itd.
V trdnih snoveh je razdalja med molekulami še manjša, zaradi česar so interakcijske sile med molekulami tako velike, da molekule le z majhno amplitudo nihajo okoli določene konstantne ravnotežne lege – vozla. kristalna mreža.
Molekularne sile. Med molekulami snovi obstajajo medsebojne sile, ki jih imenujemo molekularne sile. Če med molekulami ne bi bilo privlačnih sil, bi bile vse snovi pod kakršnimi koli pogoji samo v plinastem stanju. Le zahvaljujoč silam privlačnosti se molekule držijo ena blizu druge in tvorijo tekoča in trdna telesa.
Vendar same privlačne sile ne morejo zagotoviti obstoja stabilnih tvorb atomov in molekul. Vklopljeno
Na zelo majhnih razdaljah med molekulami delujejo odbojne sile.
Struktura atomov in molekul. Atom, še bolj pa molekula, je kompleksen sistem, sestavljen iz posameznih nabitih delcev - elektronov in atomskih jeder. Čeprav so molekule na splošno električno nevtralne, med njimi na kratkih razdaljah delujejo pomembne električne sile. Interakcija poteka med elektroni in jedri sosednjih molekul. Opisovanje gibanja delcev znotraj atomov in molekul ter sil interakcije med molekulami je zelo težka naloga. Upošteva se v atomski fiziki. Predstavili bomo samo rezultat: približno odvisnost sile interakcije med dvema molekulama od razdalje med njima.
Atomi in molekule so sestavljeni iz nabitih delcev nasprotnih predznakov. Med elektroni ene molekule in atomskimi jedri druge molekule obstajajo privlačne sile. Hkrati med elektroni obeh molekul in med njunima jedroma delujejo odbojne sile.
Zaradi električne nevtralnosti atomov in molekul so molekularne sile kratkega dosega. Na razdaljah, ki večkrat presegajo velikost molekul, interakcijske sile med njimi praktično nimajo učinka.
Odvisnost molekulskih sil od razdalje med molekulami. Poglejmo, kako se projekcija interakcijske sile med njima na premico, ki povezuje središča molekul, spreminja glede na razdaljo med molekulama. Na razdaljah, ki presegajo 2-3 molekularne premere, je odbojna sila praktično enaka nič. Opazna je le sila privlačnosti. Z zmanjševanjem razdalje se povečuje sila privlačnosti in hkrati začne delovati sila odbijanja. Ta moč je zelo
hitro poveča, ko se začnejo elektronske lupine atomov prekrivati. Posledično se na relativno velikih razdaljah molekule privlačijo, na majhnih pa odbijajo.
Na sliki 8 je prikazana približna odvisnost projekcije odbojne sile od razdalje med središči molekul (zgornja krivulja), projekcije privlačne sile (spodnja krivulja) in projekcije rezultantne sile (srednja krivulja). Projekcija odbojne sile je pozitivna, projekcija privlačne sile pa negativna. Tanke navpične črte so narisane zaradi lažjega dodajanja projekcij sile.
Na razdalji, ki je približno enaka vsoti polmerov molekul, je projekcija nastale sile , saj je privlačna sila po velikosti enaka odbojni sili (slika 9, a). Ko privlačna sila preseže odbojno silo in je projekcija nastale sile (debela puščica) negativna (slika 9 6). Če potem Na razdaljah, odbojna sila presega privlačno silo (slika 9, c).
Prehod elastičnih sil. Zasvojenost Sile interakcije med mišicami in razdalja med njimi pojasnjujejo pojav sile elastičnosti med stiskanjem in raztezanjem teles. Če poskušate molekule približati na manjšo razdaljo, začne delovati sila, ki prepreči približevanje. Nasprotno, ko se molekule odmikajo druga od druge, deluje privlačna sila, ki po prenehanju zunanjega vpliva vrne molekule v prvotni položaj.
Pri majhnih odmikih molekul iz ravnotežnih položajev privlačne ali odbojne sile linearno naraščajo z naraščanjem odmika. Na majhnem območju lahko krivuljo štejemo za ravni segment (odebeljeni del krivulje na sliki 8). Zato se pri majhnih deformacijah izkaže, da velja Hookov zakon, po katerem je elastična sila sorazmerna z deformacijo. Pri velikih molekularnih premikih Hookov zakon ne velja več.
Ker se pri deformaciji telesa spreminjajo razdalje med vsemi molekulami, predstavljajo sosednje plasti molekul nepomemben del skupne deformacije. Zato je Hookov zakon izpolnjen pri deformacijah, ki so milijonkrat večje od velikosti molekul.
Zgradba plinov, tekočin in trdnih snovi.
Osnovni principi molekularne kinetične teorije:
Vse snovi so sestavljene iz molekul, molekule pa iz atomov,
atomi in molekule so v stalnem gibanju,
Med molekulami obstajajo sile privlačnosti in odboja.
IN plini molekule se gibljejo kaotično, razdalje med molekulami so velike, molekularne sile so majhne, plin zasede celotno prostornino, ki mu je namenjena.
IN tekočine molekule so urejeno razporejene le na kratkih razdaljah, na velikih razdaljah pa je red (simetrija) razporeditve kršen - "red kratkega dosega". Sile molekularne privlačnosti držijo molekule blizu skupaj. Gibanje molekul je »skakanje« iz enega stabilnega položaja v drugega (običajno znotraj ene plasti. To gibanje pojasnjuje fluidnost tekočine. Tekočina nima oblike, ima pa prostornino.
Trdne snovi so snovi, ki ohranijo svojo obliko, delimo jih na kristalne in amorfne. Kristalne trdne snovi telesa imajo kristalno mrežo, na vozliščih katere so lahko ioni, molekule ali atomi. Nihajo glede na stabilne ravnotežne položaje.. Kristalne mreže imajo pravilna struktura po celotnem obsegu – »dolgoročni red« aranžmaja.
Amorfna telesa ohranijo obliko, vendar nimajo kristalne mreže in posledično nimajo izrazitega tališča. Imenujejo se zamrznjene tekočine, saj imajo tako kot tekočine "kratki" red molekularne razporeditve.
Molekularne interakcijske sile
Vse molekule snovi medsebojno delujejo s silami privlačnosti in odbijanja. Dokazi o medsebojnem delovanju molekul: pojav vlaženja, odpornost proti stiskanju in napetosti, nizka stisljivost trdnih snovi in plinov itd. Razlog za medsebojno delovanje molekul so elektromagnetne interakcije nabitih delcev v snovi. Kako to razložiti? Atom je sestavljen iz pozitivno nabitega jedra in negativno nabite elektronske lupine. Naboj jedra je enak skupnemu naboju vseh elektronov, zato je atom kot celota električno nevtralen. Molekula, sestavljena iz enega ali več atomov, je tudi električno nevtralna. Oglejmo si interakcijo med molekulami na primeru dveh stacionarnih molekul. Med telesi v naravi lahko obstajajo gravitacijske in elektromagnetne sile. Ker so mase molekul izjemno majhne, lahko zanemarimo zanemarljive sile gravitacijske interakcije med molekulami. Na zelo velikih razdaljah med molekulami tudi ni elektromagnetne interakcije. Toda, ko se razdalja med molekulami zmanjša, se molekule začnejo orientirati tako, da bodo njihove strani, obrnjene druga proti drugi, imele naboje različnih predznakov (na splošno molekule ostanejo nevtralne), med molekulami pa nastanejo privlačne sile. S še večjim zmanjšanjem razdalje med molekulami nastanejo odbojne sile kot posledica interakcije negativno nabitih elektronske lupine atomi molekul. Posledično na molekulo deluje vsota privlačnih in odbojnih sil. Na velikih razdaljah prevladuje sila privlačnosti (na razdalji 2-3 premerov molekule je privlačnost največja), na kratkih razdaljah prevladuje sila odbijanja. Med molekulami je razdalja, pri kateri se privlačne sile izenačijo z odbojnimi. Ta položaj molekul imenujemo položaj stabilnega ravnovesja. Molekule, ki se nahajajo na razdalji druga od druge in so povezane z elektromagnetnimi silami, imajo potencialno energijo. V stabilnem ravnotežnem položaju je potencialna energija molekul minimalna. V snovi vsaka molekula medsebojno deluje hkrati s številnimi sosednjimi molekulami, kar vpliva tudi na vrednost najmanjše potencialne energije molekul. Poleg tega so vse molekule snovi v neprekinjenem gibanju, tj. imajo kinetično energijo. Tako so struktura snovi in njene lastnosti (trdna, tekoča in plinasta telesa) določene z razmerjem med najmanjšo potencialno energijo interakcije molekul in rezervo kinetične energije toplotnega gibanja molekul.
Zgradba in lastnosti trdnih, tekočih in plinastih teles
Struktura teles je razložena z medsebojnim delovanjem delcev telesa in naravo njihovega toplotnega gibanja.
Trdna
Trdne snovi imajo stalno obliko in prostornino ter so praktično nestisljive. Najmanjša potencialna energija interakcije molekul je večja od kinetične energije molekul. Močna interakcija delcev. Toplotno gibanje molekul v trdnem telesu se izraža samo z nihanjem delcev (atomov, molekul) okoli stabilnega ravnotežnega položaja.
Zaradi velikih sil privlačnosti molekule praktično ne morejo spremeniti svojega položaja v snovi, kar pojasnjuje nespremenljivost prostornine in oblike trdnih snovi. Večina trdnih snovi ima prostorsko urejeno razporeditev delcev, ki tvorijo pravilno kristalno mrežo. Delci snovi (atomi, molekule, ioni) se nahajajo na ogliščih - vozliščih kristalne mreže. Vozlišča kristalne mreže sovpadajo s položajem stabilnega ravnovesja delcev. Take trdne snovi imenujemo kristalne.
Tekočina
Tekočine imajo določeno prostornino, vendar nimajo lastne oblike; imajo obliko posode, v kateri se nahajajo. Najmanjša potencialna energija interakcije med molekulami je primerljiva s kinetično energijo molekul. Šibka interakcija delcev. Toplotno gibanje molekul v tekočini se izraža z nihanjem okoli stabilnega ravnotežnega položaja znotraj prostornine, ki jo molekuli zagotavljajo njeni sosedi. Molekule se ne morejo prosto gibati po celotnem volumnu snovi, možni pa so prehodi molekul na sosednja mesta. To pojasnjuje fluidnost tekočine in sposobnost spreminjanja njene oblike.
V tekočinah so molekule med seboj precej trdno povezane s silami privlačnosti, kar pojasnjuje nespremenljivost prostornine tekočine. V tekočini je razdalja med molekulami približno enaka premeru molekule. Ko se razdalja med molekulama zmanjša (stiskanje tekočine), se odbojne sile močno povečajo, zato so tekočine nestisljive. Po strukturi in naravi toplotnega gibanja zavzemajo tekočine vmesni položaj med trdnimi snovmi in plini. Čeprav je razlika med tekočino in plinom veliko večja kot med tekočino in trdno telo. Na primer, med taljenjem ali kristalizacijo se prostornina telesa spremeni večkrat manj kot med izhlapevanjem ali kondenzacijo.
Plini nimajo stalne prostornine in zasedejo celotno prostornino posode, v kateri se nahajajo. Najmanjša potencialna energija interakcije med molekulami je manjša od kinetične energije molekul. Delci snovi praktično ne medsebojno delujejo. Za pline je značilna popolna nerednost v razporeditvi in gibanju molekul.
Razdalja med molekulami plina je večkrat večja od velikosti molekul. Majhne privlačne sile ne morejo zadržati molekul blizu druge, zato se lahko plini neomejeno širijo. Plini se zlahka stisnejo pod vplivom zunanjega tlaka, ker razdalje med molekulami so velike, interakcijske sile pa zanemarljive. Tlak plina na stene posode nastane zaradi udarcev gibajočih se molekul plina.
