Moleküllerin tamamen kaynaşmasını engelleyen kuvvetin adı nedir? Moleküller arası etkileşim kuvvetleri ve doğası

Gerçek gazlar - özellikleri moleküllerin etkileşimine bağlı olan gazlar göz önüne alındığında, moleküller arası etkileşim kuvvetlerini hesaba katmak gerekir. Uzaktan görünürler< 10-9 м и быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами. Такие силы называются короткодействующими.

20. yüzyılda atomun yapısıyla ilgili fikirler ortaya çıktı ve Kuantum mekaniği Bir maddenin molekülleri arasında çekici ve itici kuvvetlerin aynı anda etki ettiği bulunmuştur. İncirde. Şekil 88, a, moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin moleküller arasındaki r mesafesine niteliksel bağımlılığını gösterir; burada F0 ve Fп sırasıyla itici ve çekici kuvvetlerdir ve F bunların sonucudur. İtme kuvvetleri pozitif, karşılıklı çekim kuvvetleri ise negatif kabul edilir.

r = r0 mesafesinde ortaya çıkan kuvvet F = 0'dır, yani çekme ve itme kuvvetleri birbirini dengeler. Dolayısıyla r0 mesafesi, termal hareket olmadığında moleküller arasındaki denge mesafesine karşılık gelir. g'de< г0 преобладают силы отталкивания (F >0), r > r0-çekme kuvveti için (F< 0). На расстояниях г >10-9 m'de neredeyse hiç moleküller arası etkileşim kuvveti yoktur (F = 0).

Moleküller arasındaki mesafenin dr kadar artmasıyla F kuvvetinin temel işi A, moleküllerin karşılıklı potansiyel enerjisindeki bir azalma nedeniyle gerçekleştirilir, yani.

Moleküllerin etkileşiminin potansiyel enerjisinin aralarındaki mesafeye niteliksel bağımlılığının analizinden (Şekil 88, b), eğer moleküller birbirlerinden belli bir mesafede konumlandırılmışsa, şu sonucu çıkarır: moleküler kuvvetler etkileşimler etki etmez (g  ), o zaman P = 0. Moleküllerin aralarında kademeli yaklaşımıyla çekici kuvvetler ortaya çıkar (F< 0), которые совершают положительную работу (A = Fdr >0). Daha sonra (60.1)'e göre potansiyel etkileşim enerjisi azalır ve r = r0'da minimuma ulaşır. g'de< г0 с уменьшением г силы отталкивания (F >0) keskin bir şekilde artar ve onlara karşı yapılan iş negatiftir (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 potansiyel enerji.

2. Gerçek gazın Van der Waals denklemi

Hollandalı fizikçi I. Van der Waals (1837-1923), moleküllerin gerçek hacmini ve moleküller arası etkileşim kuvvetlerini hesaba katarak durum denklemini türetti gerçek gaz. Van der Waals hesaplamalarına göre iç basınç molar hacmin karesiyle ters orantılıdır.

burada a, moleküller arası çekim kuvvetlerini karakterize eden van der Waals sabitidir, Vm ise molar hacimdir.

Bu düzeltmeleri uygulayarak, bir mol gaz için van der Waals denklemini (gerçek gazların durum denklemi) elde ederiz:

Rasgele miktarda madde v gazı (v = m/M) için, V = vVm gerçeği dikkate alınarak van der Waals denklemi şu formu alır:

burada a ve b düzeltmeleri her gaz için deneysel olarak belirlenen sabit miktarlardır (van der Waals denklemleri deneyimlerden bilinen iki gaz durumu için yazılmıştır ve a ve b için çözülmüştür).

Van der Waals denklemi türetilirken bir takım basitleştirmeler yapılmıştır, bu nedenle durum denkleminden daha iyi (özellikle hafif sıkıştırılmış gazlar için) deneyime daha uygun olmasına rağmen, aynı zamanda oldukça yaklaşıktır. Ideal gaz.

3.Gaz halinden sıvı ve katı hale geçiş

Yoğuşma suyun gaz halinden sıvı hale geçmesidir. Atmosferde yoğunlaşma meydana geldiğinde, birkaç mikrometre çapında küçük damlacıklar oluşur. Daha büyük damlacıklar, daha küçük damlacıkların birleşmesi veya buz kristallerinin erimesi ile oluşur.

Yoğuşma, hava doygunluğa ulaştığında başlar; bu, çoğunlukla sıcaklık düştükçe atmosferde meydana gelir. Sıcaklık çiğlenme noktasına düştüğünde su buharı doyma durumuna ulaşır. Sıcaklığın daha da azalmasıyla, doyma için gerekenden fazla su buharı sıvı hale dönüşür.

Havanın soğutulması çoğunlukla çevredeki havaya ısı aktarmadan genleşmesi nedeniyle adyabatik olarak gerçekleşir. Bu genleşme öncelikle havanın yükselmesiyle meydana gelir.

Havanın doygun olmadığı halde her 100 m yükselişte adyabatik olarak 1C soğuduğu bilinmektedir. Mavi renkte, doygunluğa çok uzak olmayan hava için birkaç yüz metre yukarıya çıkmak oldukça yeterlidir ve Son çare olarak bir ila iki bin metre arasında yoğunlaşma başlar.

Sis oluştuğunda havanın soğumasının ana nedeni artık adyabatik yükselme değil, havadan ısı transferidir. yeryüzü.

Atmosfer koşullarında, yalnızca yoğunlaşma değil, aynı zamanda süblimleşme de meydana gelir - kristallerin oluşumu, su buharının katı duruma geçişi. Bu işlem -40°C'nin altındaki çok düşük sıcaklıklarda gerçekleşir. Bulutlardan düşen katı yağışlar genellikle iyi tanımlanmış bir kristal yapıya sahiptir; Herkes kar tanelerinin karmaşık şekillerini bilir - çok sayıda dalı olan altı köşeli yıldızlar. Daha fazlası bulutlarda ve yağışlarda bulunur basit şekiller kristallerin yanı sıra donmuş damlalar. Kristaller ayrıca sıfırın altındaki sıcaklıklarda (don, kırağı vb.) dünya yüzeyinde de görünür.

Moleküler kuvvetler. Bir maddenin molekülleri arasında moleküler kuvvetler adı verilen etkileşim kuvvetleri vardır. Moleküller arasında çekici kuvvetler olmasaydı, her koşulda tüm maddeler yalnızca gaz hali. Moleküllerin birbirine yakın tutularak sıvı ve katı cisimler oluşturması ancak çekim kuvvetleri sayesinde olur.

Ancak çekici güçler tek başına varlığı sağlayamaz. sürdürülebilir oluşumlar atomlardan ve moleküllerden. Moleküller arasındaki çok küçük mesafelerde itici kuvvetler etki eder.

Atomların ve moleküllerin yapısı. Bir atom ve özellikle bir molekül, karmaşık bir sistem Bireysel yüklü parçacıklardan (elektronlar ve atom çekirdekleri) oluşur. Moleküller genellikle elektriksel olarak nötr olsa da, kısa mesafelerde aralarında önemli kuvvetler etki eder. elektriksel kuvvetler. Elektronlar ve komşu moleküllerin çekirdekleri arasında etkileşim meydana gelir. Atomların ve moleküllerin içindeki parçacıkların hareketinin ve moleküller arasındaki etkileşim kuvvetlerinin tanımı çok karmaşıktır. zor görev. O değerlendiriliyor atom fiziği. Sadece sonucu sunacağız: iki molekül arasındaki etkileşim kuvvetinin aralarındaki mesafeye yaklaşık bağımlılığı.

Atomlar ve moleküller zıt yük işaretlerine sahip yüklü parçacıklardan oluşur. Bir molekülün elektronları arasında atom çekirdeği diğeri ise yerçekimi kuvvetleridir. Aynı zamanda her iki molekülün elektronları arasında ve çekirdekleri arasında itici kuvvetler etki eder.
Atomların ve moleküllerin elektriksel nötrlüğü nedeniyle moleküler kuvvetler kısa menzillidir. Moleküllerin boyutunu birkaç kez aşan mesafelerde, aralarındaki etkileşim kuvvetlerinin pratikte hiçbir etkisi yoktur.

Moleküler kuvvetlerin moleküller arasındaki mesafeye bağımlılığı. Moleküllerin merkezlerini birleştiren düz çizgi üzerinde aralarındaki etkileşim kuvvetinin izdüşümünün moleküller arasındaki mesafeye bağlı olarak nasıl değiştiğini düşünelim. 2-3 moleküler çapı aşan mesafelerde itme kuvveti neredeyse sıfırdır. Yalnızca çekim gücü fark edilir. Mesafe azaldıkça çekim kuvveti artar ve aynı zamanda itme kuvveti de kendisini etkilemeye başlar. Bu kuvvet, atomların elektron kabukları üst üste binmeye başladığında çok hızlı bir şekilde artar. Sonuç olarak karşılaştırmalı olarak uzun mesafeler moleküller çeker ama küçük moleküller iter.

Şekil 8, itme kuvvetinin izdüşümünün moleküllerin merkezleri arasındaki mesafeye (üst eğri), çekici kuvvetin izdüşümüne (alt eğri) ve ortaya çıkan kuvvetin izdüşümüne (orta eğri) yaklaşık bağımlılığını göstermektedir. İtici kuvvetin izdüşümü pozitif, çekici kuvvetin izdüşümü ise negatiftir. İnce dikey çizgiler kuvvet projeksiyonlarının eklenmesini gerçekleştirme kolaylığı için gerçekleştirilir.

Bir mesafede r 0 yaklaşık olarak moleküllerin yarıçaplarının toplamına eşit, ortaya çıkan kuvvetin projeksiyonu F r = 0, çünkü çekici kuvvet itme kuvvetine eşit büyüklüktedir (Şekil 9, a). r > r 0 olduğunda çekme kuvveti itme kuvvetini aşar ve ortaya çıkan kuvvetin izdüşümü (kalın ok) negatif olur (Şekil 9, b).

Elastik kuvvetlerin kökeni. Moleküller arasındaki etkileşim kuvvetlerinin aralarındaki mesafeye bağımlılığı, cisimlerin sıkıştırılması ve gerilmesi sırasında elastik kuvvetin ortaya çıkmasını açıklar. Molekülleri r0'dan daha az bir mesafeye yaklaştırmaya çalışırsanız, yaklaşmayı engelleyen bir kuvvet etki etmeye başlar. Aksine, moleküller birbirlerinden uzaklaştığında, dış etkinin sona ermesinden sonra molekülleri orijinal konumlarına döndüren çekici bir kuvvet etki eder.

Moleküllerin denge konumlarından çok az karışmasıyla, çekme veya itme kuvveti yer değiştirmenin artmasıyla doğrusal olarak artar. Küçük bir alanda eğri düz bir bölüm olarak düşünülebilir (Şekil 8'deki eğrinin kalınlaştırılmış bölümü). Bu nedenle küçük deformasyonlarda elastik kuvvetin deformasyonla orantılı olduğunu söyleyen Hooke yasası geçerli olur. Büyük moleküler yer değiştirmelerde Hooke yasası artık geçerli değildir.

Bir cisim deforme olduğunda tüm moleküller arasındaki mesafeler değiştiğinden, komşu molekül katmanları toplam deformasyonun önemsiz bir kısmını oluşturur. Bu nedenle Hooke yasası, molekül boyutunun milyonlarca katı deformasyonlarda karşılanır.

3!GAZLI DURUM.

SIVI İNŞ.

ZOR DURUM

4! GAZ (Yunan kaosundan - kaostan Fransız gazı), toplama durumu kendisini oluşturan atom ve moleküllerin çarpışmalar arasındaki aralıklarda neredeyse serbestçe ve kaotik bir şekilde hareket ettiği bir madde. ani değişim onların hareketinin doğası. Maddenin gaz halindeki hali, maddenin Evrendeki en yaygın halidir. Güneş, yıldızlar, yıldızlararası madde bulutları, bulutsular, gezegen atmosferleri vb. nötr veya iyonize (plazma) gazlardan oluşur. Gazlar doğada yaygındır: Dünyanın atmosferini oluştururlar. önemli miktarlar okyanusların, denizlerin ve nehirlerin sularında çözünmüş katı toprak kayalarında bulunur. İçinde bulunan doğal şartlar Gazlar, kural olarak, kimyasal olarak ayrı gazların karışımlarıdır. Gazlar kendilerine sunulan alanı eşit şekilde doldurur ve sıvı ve katılardan farklı olarak Serbest yüzey. Doldurdukları alanı sınırlayan kabuğa baskı uygularlar. Normal basınçta gazların yoğunluğu birkaç büyüklük mertebesindedir daha az yoğunluk sıvılar. Katı ve sıvılardan farklı olarak gazların hacmi önemli ölçüde basınca ve sıcaklığa bağlıdır. Çoğu gazın özellikleri (şeffaflık, renksizlik ve hafiflik) bunların incelenmesini zorlaştırdı, dolayısıyla gazların fiziği ve kimyası yavaş gelişti.

5! Avogadro'nun numarası:

6,02214129(27)·10²³ mol⁻¹

6!Vakum(lat. boşluk- boş) - maddeden arınmış alan. Mühendislik ve uygulamalı fizikte vakum, atmosferik basınçtan önemli ölçüde daha düşük bir basınçta gaz içeren bir ortam olarak anlaşılmaktadır. Vakum, gaz moleküllerinin λ serbest yolu ile ortamın karakteristik boyutu arasındaki ilişki ile karakterize edilir. D. Altında D vakum odasının duvarları arasındaki mesafe, vakum boru hattının çapı vb. λ/ oranının değerine bağlı olarak alınabilir. D Düşük (), orta () ve yüksek () vakum vardır.

7! Ideal gaz - matematiksel model Moleküllerin potansiyel enerjisinin kinetik enerjilerine kıyasla ihmal edilebileceği varsayılan gaz. Moleküller arasında herhangi bir çekim veya itme kuvveti yoktur, parçacıkların birbirleriyle ve kabın duvarlarıyla çarpışmaları kesinlikle elastiktir ve moleküller arasındaki etkileşim süresi, çarpışmalar arasındaki ortalama süreye kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir.
Model, gaz termodinamiği ve aerogazdinamiği problemlerini çözmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, hava atmosferik basınç ve oda sıcaklığı bu model tarafından büyük bir doğrulukla tanımlanmaktadır. Aşırı sıcaklık veya basınç durumunda, moleküller arasındaki çekimi hesaba katan van der Waals gaz modeli gibi daha doğru bir modele ihtiyaç vardır.
Klasik ideal gazlar vardır (özellikleri yasalardan türetilmiştir) Klasik mekanik ve Boltzmann istatistikleriyle tanımlanır) ve kuantum ideal gaz (özellikler, Fermi-Dirac veya Bose-Einstein istatistikleriyle açıklanan kuantum mekaniği yasalarıyla belirlenir).

Klasik ideal gaz.
İdeal bir gazın özellikleri moleküler kinetik kavramlara göre belirlenir. fiziksel model Aşağıdaki varsayımların yapıldığı ideal gaz:
gaz parçacık hacmi sıfıra eşit(yani molekülün çapı, aralarındaki ortalama mesafeye kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir);
momentum yalnızca çarpışmalar sırasında iletilir (yani moleküller arasındaki çekici kuvvetler dikkate alınmaz ve itici kuvvetler yalnızca çarpışmalar sırasında ortaya çıkar);
gaz parçacıklarının toplam enerjisi sabittir (yani ısı transferi veya radyasyon nedeniyle enerji transferi yoktur)
Bu durumda gaz parçacıkları birbirinden bağımsız olarak hareket eder, duvardaki gaz basıncı, parçacıklar duvara çarptığında birim zaman başına aktarılan darbelerin toplamına eşittir ve enerji, gazın enerjilerinin toplamıdır. parçacıklar. İdeal bir gazın özellikleri Mendeleev-Clapeyron denklemi ile tanımlanır.
basınç nerede, parçacık konsantrasyonu, - Boltzmann sabiti, - mutlak sıcaklık.

Klasik bir ideal gazın parçacıklarının durumlar arasındaki denge dağılımı Boltzmann dağılımı ile tanımlanır:
enerjili durumdaki ortalama parçacık sayısı nerede ve sabit normalizasyon koşuluyla belirlenir:
Nerede - tam sayı parçacıklar.
Boltzmann dağılımı sınırlayıcı bir durumdur ( kuantum etkileri Fermi - Dirac ve Bose - Einstein dağılımlarının ihmal edilebilecek kadar küçüktür ve buna göre klasik ideal gaz, Fermi gazı ve Bose gazının sınırlayıcı bir durumudur.

Herhangi bir ideal gaz için Mayer ilişkisi geçerlidir:
evrensel gaz sabiti nerede, molar ısı kapasitesi sabit basınç, - sabit hacimde molar ısı kapasitesi.

9!Charles Yasası veya Gay-Lussac'ın ikinci yasası - ana yasalardan biri gaz kanunlarıİdeal bir gaz için basınç ve sıcaklık arasındaki ilişkiyi açıklayan. Deneysel olarak sabit hacimde gaz basıncının sıcaklığa bağlılığı 1787'de Charles tarafından kurulmuş ve 1802'de Gay-Lussac tarafından iyileştirilmiştir. Basitçe söylemek gerekirse, bir gazın sıcaklığı artarsa, gazın kütlesi ve hacmi artarsa ​​basıncı da artar. değişmeden kalsın. Kanun özellikle basittir. matematiksel form sıcaklık şu şekilde ölçülürse mutlak ölçekörneğin, içinde Kelvin derece. Matematiksel olarak yasa şu şekilde yazılmıştır:

P- gaz basıncı,

T- gaz sıcaklığı (Kelvin derece cinsinden),

k- devamlı.

Bu yasa doğrudur çünkü sıcaklık bir maddenin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Eğer kinetik enerji gaz artar, parçacıkları kabın duvarlarıyla daha hızlı çarpışır, böylece daha yüksek basınç oluşur.

Aynı maddeyi iki maddeyle karşılaştırmak farklı koşullar, kanun şeklinde yazılabilir.

Maddenin atom ve moleküllerinin etkileşimi. Bir maddenin molekülleri arasında çekici ve itici kuvvetler aynı anda etki eder. Bu kuvvetler iç güçlü derece Moleküller arası uzaklığa bağlıdır. Deneysel ve göre teorik araştırma Moleküller arası etkileşim kuvvetleri, moleküller arasındaki mesafenin n'inci kuvveti ile ters orantılıdır. burada çekici kuvvetler için n=7 ve itici kuvvetler için n=9...15.

İtici güçler çok fazla daha fazla güç kısa mesafelerde çekim (r

Gazlarda moleküller arasındaki mesafe, moleküllerin kendi boyutlarından kat kat fazladır. Sonuç olarak gaz molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetleri küçüktür. Her molekül, diğer moleküllerden muazzam hızlarda (saniyede yüzlerce metre) serbestçe hareket eder, nadir çarpışmalara maruz kalır ve yön ve hız modülü değişir. Gaz moleküllerinin ortalama serbest yolu gazın basıncına ve sıcaklığına bağlıdır. Normal şartlarda "~10-7 m. Sıvılarda moleküller arası mesafe gazlara göre çok daha küçüktür. Moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri büyüktür, bunun sonucunda sıvı moleküller belirli bir denge konumu etrafında salınır, sonra bir sıçrama yapar, yeni bir ortamda salınır, sonra tekrar bir sıçrama yapar vb.

Katılarda moleküller arasındaki mesafe daha da küçüktür, bunun sonucunda moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri o kadar büyüktür ki moleküller belirli bir sabit denge konumu (bir düğüm) etrafında yalnızca küçük genlikle salınır. kristal kafes.

Moleküler kuvvetler. Bir maddenin molekülleri arasında moleküler kuvvetler adı verilen etkileşim kuvvetleri vardır. Moleküller arasında çekici kuvvetler olmasaydı, her koşulda tüm maddeler yalnızca gaz halinde olurdu. Moleküllerin birbirine yakın tutularak sıvı ve katı cisimler oluşturması ancak çekim kuvvetleri sayesinde olur.

Ancak çekici kuvvetler tek başına kararlı atom ve molekül oluşumlarının varlığını sağlayamaz. Açık

Moleküller arasındaki çok küçük mesafelerde itici kuvvetler etki eder.

Atomların ve moleküllerin yapısı. Bir atom ve hatta bir molekül, bireysel yüklü parçacıklardan (elektronlar ve atom çekirdekleri) oluşan karmaşık bir sistemdir. Moleküller genellikle elektriksel olarak nötr olsa da, kısa mesafelerde aralarında önemli elektriksel kuvvetler etki eder. Elektronlar ve komşu moleküllerin çekirdekleri arasında etkileşim meydana gelir. Atomların ve moleküllerin içindeki parçacıkların hareketini ve moleküller arasındaki etkileşim kuvvetlerini açıklamak çok zor bir iştir. Atom fiziğinde dikkate alınır. Sadece sonucu sunacağız: iki molekül arasındaki etkileşim kuvvetinin aralarındaki mesafeye yaklaşık bağımlılığı.

Atomlar ve moleküller zıt yük işaretlerine sahip yüklü parçacıklardan oluşur. Bir molekülün elektronları ile diğerinin atom çekirdeği arasında çekici kuvvetler vardır. Aynı zamanda her iki molekülün elektronları arasında ve çekirdekleri arasında itici kuvvetler etki eder.

Atomların ve moleküllerin elektriksel nötrlüğü nedeniyle moleküler kuvvetler kısa menzillidir. Moleküllerin boyutunu birkaç kez aşan mesafelerde, aralarındaki etkileşim kuvvetlerinin pratikte hiçbir etkisi yoktur.

Moleküler kuvvetlerin moleküller arasındaki mesafeye bağımlılığı. Moleküllerin merkezlerini birleştiren düz çizgi üzerinde aralarındaki etkileşim kuvvetinin izdüşümünün moleküller arasındaki mesafeye bağlı olarak nasıl değiştiğini düşünelim. 2-3 moleküler çapı aşan mesafelerde itme kuvveti neredeyse sıfırdır. Yalnızca çekim gücü fark edilir. Mesafe azaldıkça çekim kuvveti artar ve aynı zamanda itme kuvveti de etkilenmeye başlar. Bu güç çok

Atomların elektron kabukları üst üste binmeye başladığında hızla artar. Sonuç olarak, nispeten büyük mesafelerde moleküller çekilir ve küçük mesafelerde itilirler.

Şekil 8, itme kuvvetinin izdüşümünün moleküllerin merkezleri arasındaki mesafeye (üst eğri), çekici kuvvetin izdüşümüne (alt eğri) ve ortaya çıkan kuvvetin izdüşümüne (orta eğri) yaklaşık bağımlılığını göstermektedir. İtici kuvvetin izdüşümü pozitif, çekici kuvvetin izdüşümü ise negatiftir. Kuvvet projeksiyonları ekleme kolaylığı için ince dikey çizgiler çizilir.

Yaklaşık olarak moleküllerin yarıçaplarının toplamına eşit bir mesafede, ortaya çıkan kuvvetin izdüşümü, çekme kuvvetinin büyüklüğü itme kuvvetine eşit olduğundan (Şekil 9, a). Çekme kuvveti itme kuvvetini aştığında ve ortaya çıkan kuvvetin izdüşümü (kalın ok) negatif olur (Şekil 9 6). O zaman mesafelerde, itme kuvveti çekme kuvvetini aşar (Şekil 9, c).

Elastik kuvvetlerin geçişi. Bağımlılık Kaslar arasındaki etkileşim kuvvetleri ve aralarındaki mesafe, vücudun sıkışması ve gerilmesi sırasında elastikiyet kuvvetinin görünümünü açıklar. Molekülleri daha küçük bir mesafeye yaklaştırmaya çalışırsanız, yaklaşmayı engelleyen bir kuvvet etki etmeye başlar. Aksine, moleküller birbirlerinden uzaklaştığında, dış etkinin sona ermesinden sonra molekülleri orijinal konumlarına döndüren çekici bir kuvvet etki eder.

Moleküllerin denge konumlarından küçük yer değiştirmeleri için, çekici veya itici kuvvetler yer değiştirmenin artmasıyla doğrusal olarak artar. Küçük bir alanda eğri düz bir bölüm olarak düşünülebilir (Şekil 8'deki eğrinin kalınlaştırılmış bölümü). Bu nedenle küçük deformasyonlarda elastik kuvvetin deformasyonla orantılı olduğunu söyleyen Hooke yasası geçerli olur. Büyük moleküler yer değiştirmelerde Hooke yasası artık geçerli değildir.

Bir cisim deforme olduğunda tüm moleküller arasındaki mesafeler değiştiğinden, komşu molekül katmanları toplam deformasyonun önemsiz bir kısmını oluşturur. Dolayısıyla molekül boyutunun milyonlarca katı deformasyonlarda Hooke yasası gerçekleşmiş olur.

Gazların, sıvıların ve katıların yapısı.

Moleküler kinetik teorinin temel prensipleri:

Bütün maddeler moleküllerden, moleküller de atomlardan oluşur.

Atomlar ve moleküller sürekli hareket halindedir,

Moleküller arasında çekim ve itme kuvvetleri vardır.

İÇİNDE gazlar moleküller düzensiz hareket eder, moleküller arasındaki mesafeler büyüktür, moleküler kuvvetler küçüktür, gaz kendisine sağlanan hacmin tamamını kaplar.

İÇİNDE sıvılar Moleküller yalnızca kısa mesafelerde düzenli bir şekilde düzenlenir ve büyük mesafelerde düzenlemenin sırası (simetrisi) ihlal edilir - "kısa menzilli düzen". Moleküler çekim kuvvetleri molekülleri birbirine yakın tutar. Moleküllerin hareketi, bir sabit konumdan diğerine (genellikle bir katman içinde) "sıçraymaktır". Bu hareket, bir sıvının akışkanlığını açıklar. Bir sıvının şekli yoktur, ancak hacmi vardır.

Katılar, kristal ve amorf olarak bölünmüş, şeklini koruyan maddelerdir. Kristal katılar cisimler, düğümlerinde iyonların, moleküllerin veya atomların bulunabileceği bir kristal kafese sahiptirler. Kararlı denge konumlarına göre salınırlar.. Kristal kafesler doğru yapı tüm hacim boyunca – “uzun menzilli düzenleme düzeni”.

Amorf cisimlerşekillerini korurlar, ancak kristal kafesleri yoktur ve sonuç olarak belirgin bir erime noktasına sahip değildirler. Sıvılar gibi "kısa menzilli" moleküler düzene sahip oldukları için donmuş sıvılar olarak adlandırılırlar.

Moleküler etkileşim kuvvetleri

Bir maddenin tüm molekülleri birbirleriyle çekim ve itme kuvvetleriyle etkileşime girer. Moleküllerin etkileşiminin kanıtı: ıslanma olgusu, sıkıştırma ve gerilmeye karşı direnç, katıların ve gazların düşük sıkıştırılabilirliği vb. Moleküllerin etkileşiminin nedeni, bir maddedeki yüklü parçacıkların elektromanyetik etkileşimleridir. Bu nasıl açıklanır? Bir atom, pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü bir elektron kabuğundan oluşur. Çekirdeğin yükü tüm elektronların toplam yüküne eşittir, dolayısıyla atom bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür. Bir veya daha fazla atomdan oluşan bir molekül de elektriksel olarak nötrdür. İki sabit molekül örneğini kullanarak moleküller arasındaki etkileşimi ele alalım. Doğada cisimler arasında yer çekimi ve elektromanyetik kuvvetler bulunabilir. Moleküllerin kütleleri son derece küçük olduğundan, moleküller arasındaki yerçekimsel etkileşimin ihmal edilebilir kuvvetleri göz ardı edilebilir. Çok büyük mesafelerde moleküller arasında elektromanyetik etkileşim de yoktur. Ancak moleküller arasındaki mesafe azaldıkça, moleküller, birbirlerine bakan tarafları farklı işaretlere sahip olacak (genel olarak moleküller nötr kalır) ve moleküller arasında çekici kuvvetler ortaya çıkacak şekilde kendilerini yönlendirmeye başlarlar. Moleküller arasındaki mesafenin daha da azalmasıyla birlikte, negatif yüklülerin etkileşimi sonucu itici kuvvetler ortaya çıkar. elektron kabukları moleküllerin atomları. Sonuç olarak molekül, çekme ve itme kuvvetlerinin toplamı tarafından etkilenmektedir. Büyük mesafelerde çekim kuvveti baskındır (molekülün 2-3 çapı mesafede çekim maksimumdur), kısa mesafelerde itme kuvveti hakimdir. Moleküller arasında çekici kuvvetlerin itici kuvvetlere eşit olduğu mesafe vardır. Moleküllerin bu konumuna kararlı denge konumu denir. Birbirinden uzakta bulunan ve elektromanyetik kuvvetlerle bağlanan moleküller potansiyel enerjiye sahiptir. Kararlı bir denge konumunda moleküllerin potansiyel enerjisi minimumdur. Bir maddede her molekül, birçok komşu molekülle aynı anda etkileşime girer ve bu aynı zamanda moleküllerin minimum potansiyel enerjisinin değerini de etkiler. Ayrıca bir maddenin tüm molekülleri sürekli hareket halindedir. kinetik enerjiye sahiptir. Böylece, bir maddenin yapısı ve özellikleri (katı, sıvı ve gaz halindeki cisimler), moleküllerin minimum potansiyel etkileşim enerjisi ile moleküllerin termal hareketinin kinetik enerjisi rezervi arasındaki ilişki ile belirlenir.

Katı, sıvı ve gaz halindeki cisimlerin yapısı ve özellikleri

Vücutların yapısı, vücut parçacıklarının etkileşimi ve termal hareketlerinin doğası ile açıklanır.

Sağlam

Katıların şekli ve hacmi sabittir ve pratik olarak sıkıştırılamazlar. Moleküllerin minimum potansiyel etkileşim enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisinden daha büyüktür. Güçlü parçacık etkileşimi. Bir katıdaki moleküllerin termal hareketi yalnızca parçacıkların (atomlar, moleküller) kararlı bir denge konumu etrafındaki titreşimleriyle ifade edilir.

Büyük çekim kuvvetleri nedeniyle moleküller madde içindeki konumlarını pratik olarak değiştiremezler; bu, katıların hacminin ve şeklinin değişmezliğini açıklar. Çoğu katı, düzenli bir kristal kafes oluşturan parçacıkların uzaysal olarak düzenli bir düzenlemesine sahiptir. Madde parçacıkları (atomlar, moleküller, iyonlar) kristal kafesin köşelerinde - düğümlerinde bulunur. Kristal kafesin düğümleri, parçacıkların kararlı denge konumuyla çakışır. Bu tür katılara kristal denir.

Sıvı

Sıvıların belirli bir hacmi vardır ancak kendi şekilleri yoktur, bulundukları kabın şeklini alırlar. Moleküller arasındaki etkileşimin minimum potansiyel enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisiyle karşılaştırılabilir. Zayıf parçacık etkileşimi. Bir sıvı içindeki moleküllerin termal hareketi, moleküle komşuları tarafından sağlanan hacim içindeki kararlı bir denge konumu etrafındaki titreşimlerle ifade edilir. Moleküller bir maddenin tüm hacmi boyunca serbestçe hareket edemezler ancak moleküllerin komşu yerlere geçişleri mümkündür. Bu, sıvının akışkanlığını ve şeklini değiştirme yeteneğini açıklar.

Sıvılarda moleküller, sıvı hacminin değişmezliğini açıklayan çekim kuvvetleriyle birbirine oldukça sıkı bir şekilde bağlanır. Bir sıvıda moleküller arasındaki mesafe yaklaşık olarak molekülün çapına eşittir. Moleküller arasındaki mesafe azaldığında (sıvının sıkıştırılması), itme kuvvetleri keskin bir şekilde artar, dolayısıyla sıvılar sıkıştırılamaz. Yapıları ve termal hareketin doğası gereği sıvılar, katılar ve gazlar arasında bir ara pozisyonda bulunur. Sıvı ve gaz arasındaki fark sıvı ve gaz arasındaki farktan çok daha büyük olmasına rağmen sağlam vücut. Örneğin, erime veya kristalleşme sırasında bir cismin hacmi, buharlaşma veya yoğunlaşma sırasında olduğundan çok daha az değişir.

Gazların sabit bir hacmi yoktur ve bulundukları kabın tüm hacmini kaplarlar. Moleküller arasındaki etkileşimin minimum potansiyel enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisinden daha azdır. Maddenin parçacıkları pratikte etkileşime girmez. Gazlar, moleküllerin düzenlenmesinde ve hareketinde tam bir bozuklukla karakterize edilir.

Gaz molekülleri arasındaki mesafe, moleküllerin boyutundan birkaç kat daha fazladır. Küçük çekim kuvvetleri molekülleri birbirine yakın tutamaz, dolayısıyla gazlar sınırsızca genişleyebilir. Gazlar dış basıncın etkisi altında kolayca sıkıştırılır, çünkü moleküller arasındaki mesafeler büyüktür ve etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilir düzeydedir. Kabın duvarlarındaki gaz basıncı, hareket eden gaz moleküllerinin etkisiyle oluşur.