Раздел молекулярной физики, изучающий свойства вещества на основе представлений об их молекулярном строении и определенных законах взаимодействия между атомами (молекулами) , из которых состоит вещество. Считается, что частицы вещества находятся в непрерывном, беспорядочном движении и это их движение воспринимается как тепло. Молекулы взаимно притягиваются — в этом невозможно сомневаться.
Если бы на какое-то мгновение молекулы перестали притягиваться, то все жидкие и твердые тела распались бы и весь мир превратился в газ. Молекулы отталкиваются, и это несомненно, так как иначе жидкость сжималась бы так же легко, как и газ. Между молекулами действуют силы, во многом похожие на межатомные силы, о которых мы говорили выше. На больших расстояниях молекулы притягиваются слабо, при сближении сила их взаимодействия сначала растет, затем падает до нуля; при дальнейшем сближении молекулы отталкиваются. Кривая потенциальной энергии, которую мы только что рисовали для атомов, правильно передает и основные черты взаимодействия молекул. Однако между этими взаимодействиями имеются и существенные различия.
Сравним между собой, например, равновесное расстояние между атомами кислорода, образующими молекулу, и атомами кислорода двух соседних молекул, притянувшихся до равновесного расстояния. Различие будет очень заметным: атомы кислорода, образующие молекулу, устанавливаются на расстоянии 1,21 атомы кислорода разных молекул подойдут друг к другу на 2,8 . Равновесные расстояния атомов, связанных в молекулу, всегда меньше равновесных расстояний между теми же атомами, принадлежащими разным молекулам. На языке потенциальной кривой это значит: яма для атомов, связанных в молекулу, расположена ближе к началу координат, чем яма для атомов соседних молекул.
Итак, повторяем, атомы двух соседних молекул устанавливаются на более далеком расстоянии друг от друга, чем атомы, составляющие молекулу. Отсюда вытекает предположение, что молекулы легче оторвать друг от друга, чем атомы. Так оно и есть в действительности. Если энергия, необходимая для разрыва связи между атомами кислорода, образующими молекулу, равна, как говорилось выше, 116 тыс. калорий на моль, то энергия на «растаскивание» двух молекул кислорода равна всего 2 тыс. калорий на моль. Значит, на кривой потенциальной энергии молекул яма будет не только лежать дальше, но и будет менее глубокой.
Но этим не исчерпывается различие между взаимодействиями атомов, образующих молекулу, и взаимодействиями молекул. Химики показали, что атомы сцепляются в молекулу с ограниченным числом соседей. Если два атома водорода образовали молекулу, то третий атом уже не присоединится к ним для этой цели. Атом углерода не может образовать молекулу более чем с четырьмя соседями, и т. д. Это важное для химии свойство носит название валентности атомов.
Ничего подобного мы не находим в межмолекулярном взаимодействии. Притянув к себе одного соседа, молекула ни в какой степени не теряет своей «притягательной силы» . Подход соседей будет происходить до тех пор, пока хватит места.
Взаимодействие между молекулами может играть большую или меньшую роль в «жизни» молекул вещества. В свою очередь роль взаимодействия молекул вещества зависит от теплового движения. Чем тепловое движение интенсивнее, тем меньше проявляется молекулярное взаимодействие.
Три состояния вещества — газообразное, жидкое и твердое — различаются той ролью, которую играет в их существовании взаимодействие молекул.
Одним из основоположников о молекулярном строении вещества является русский ученый М.В. Ломоносов. Согласно его теории: все тела состоят из молекул; молекулы находятся в постоянном движении; молекулы взаимодействуют между собой. Хаотическое движение молекул называют тепловым движением. Интенсивность теплового движения возрастает с увеличением температуры. Между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания. Свойства вещества и его агрегатное состояние зависят от того, что преобладает: силы притяжения или тепловое движение. Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. В твердых телах расстояние между молекулами маленькое и преобладают силы взаимодействия. Поэтому твердые тела обладают свойством сохранять форму и объем. Молекулы твердых тел находятся в постоянном движении, но каждая молекула движется около положения равновесия. В жидкостях расстояние между молекулами побольше, значит меньше и силы взаимодействия. Поэтому жидкость сохраняет объем, но легко меняет форму. В газах силы взаимодействия совсем невелики, т.к. расстояние между молекулами газа в несколько десятков раз больше размеров самих молекул. Поэтому газ занимает весь предоставленный ему объем. О строении вещества позволяют судить некоторые явления и опыты: Стальной шарик, который свободно проходит в кольцо, после нагревания в нем застревает. При нагревании жидкости увеличивается уровень ее в пробирке. Мяч можно сжать. Эти опыты позволяют сделать вывод, что все тела состоят из частиц, между которыми есть промежутки. Такие частицы получили название молекул. Молекулы одного и того же вещества одинаковы. Молекулы в свою очередь тоже делимы. Частицы, из которых состоят молекулы, называются атомами. Атомы также имеют составные части. В подтверждение того, что молекулы движутся, можно провести опыт: если в комнату внести сильно пахнущее вещество, то через некоторое время его запах распространится по всей комнате. Если в чай добавить молоко, то, даже не перемешивая жидкости, через некоторое время можно увидеть, что жидкость стала однородной. Взаимное проникновение соприкасающиxся веществ друг в друга вследствие беспорядочного движения частиц вещества называют диффузией. В газах диффузия происходит быстрее, чем в жидкостях. Объясняется это тем, что расстояние между молекулами в газах больше, чем в жидкостях. В твердых телах тоже происходит диффузия, но для этого требуется много времени. При спайке металлических изделий используется диффузия. На явлении диффузии основана засолка овощей, рыбы, сала. Благодаря диффузии молекулы воздуха попадают в воду. Явление смачивания можно объяснить притяжением молекул друг к другу. Когда жидкость смачивает тело, то сила притяжения между молекулами тела и жидкости больше, чем сила притяжения между молекулами жидкости. Явление смачивания учитывается, например, при изготовлении бумаги, чтобы ее смачивали чернила. О том, что молекулы отталкиваются, говорит тот факт, что сжатое тело стремится распрямиться, а жидкость трудно сжать. Знания о строении вещества позволяют не только объяснять физические явления, но и управлять ими. Зная строение тела, можно создавать новые вещества с уже заданными свойствами, например пластмасса и резина.
Молекулы взаимно притягиваются — в этом невозможно сомневаться.
Если бы на какое-то мгновение молекулы перестали притягиваться, то все жидкие и твердые тела распались бы и весь мир превратился в газ. Молекулы отталкиваются, и это несомненно, так как иначе жидкость сжималась бы так же легко, как и газ. Между молекулами действуют силы, во многом похожие на межатомные силы, о которых мы говорили выше. На больших расстояниях молекулы притягиваются слабо, при сближении сила их взаимодействия сначала растет, затем падает до нуля; при дальнейшем сближении молекулы отталкиваются. Кривая потенциальной энергии, которую мы только что рисовали для атомов, правильно передает и основные черты взаимодействия молекул. Однако между этими взаимодействиями имеются и существенные различия.
Сравним между собой, например, равновесное расстояние между атомами кислорода, образующими молекулу, и атомами кислорода двух соседних молекул, притянувшихся до равновесного расстояния. Различие будет очень заметным: атомы кислорода, образующие молекулу, устанавливаются на расстоянии 1,21 атомы кислорода разных молекул подойдут друг к другу на 2,8 . Равновесные расстояния атомов, связанных в молекулу, всегда меньше равновесных расстояний между теми же атомами, принадлежащими разным молекулам. На языке потенциальной кривой это значит: яма для атомов, связанных в молекулу, расположена ближе к началу координат, чем яма для атомов соседних молекул.
Итак, повторяем, атомы двух соседних молекул устанавливаются на более далеком расстоянии друг от друга, чем атомы, составляющие молекулу. Отсюда вытекает предположение, что молекулы легче оторвать друг от друга, чем атомы. Так оно и есть в действительности. Если энергия, необходимая для разрыва связи между атомами кислорода, образующими молекулу, равна, как говорилось выше, 116 тыс. калорий на моль, то энергия на «растаскивание» двух молекул кислорода равна всего 2 тыс. калорий на моль. Значит, на кривой потенциальной энергии молекул яма будет не только лежать дальше, но и будет менее глубокой.
Но этим не исчерпывается различие между взаимодействиями атомов, образующих молекулу, и взаимодействиями молекул. Химики показали, что атомы сцепляются в молекулу с ограниченным числом соседей. Если два атома водорода образовали молекулу, то третий атом уже не присоединится к ним для этой цели. Атом углерода не может образовать молекулу более чем с четырьмя соседями, и т. д. Это важное для химии свойство носит название валентности атомов.
Ничего подобного мы не находим в межмолекулярном взаимодействии. Притянув к себе одного соседа, молекула ни в какой степени не теряет своей «притягательной силы» . Подход соседей будет происходить до тех пор, пока хватит места.
Взаимодействие между молекулами может играть большую или меньшую роль в «жизни» молекул вещества. В свою очередь роль взаимодействия молекул вещества зависит от теплового движения. Чем тепловое движение интенсивнее, тем меньше проявляется молекулярное взаимодействие.
Три состояния вещества — газообразное, жидкое и твердое — различаются той ролью, которую играет в их существовании взаимодействие молекул.
Одним из основоположников о молекулярном строении вещества является русский ученый М.В. Ломоносов. Согласно его теории:
все тела состоят из молекул;
молекулы находятся в постоянном движении;
молекулы взаимодействуют между собой.
Хаотическое движение молекул называют тепловым движением. Интенсивность теплового движения возрастает с увеличением температуры.
Между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания. Свойства вещества и его агрегатное состояние зависят от того, что преобладает: силы притяжения или тепловое движение.
Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном.
В твердых телах расстояние между молекулами маленькое и преобладают силы взаимодействия. Поэтому твердые тела обладают свойством сохранять форму и объем. Молекулы твердых тел находятся в постоянном движении, но каждая молекула движется около положения равновесия.
В жидкостях расстояние между молекулами побольше, значит меньше и силы взаимодействия. Поэтому жидкость сохраняет объем, но легко меняет форму.
В газах силы взаимодействия совсем невелики, т.к. расстояние между молекулами газа в несколько десятков раз больше размеров самих молекул. Поэтому газ занимает весь предоставленный ему объем.
О строении вещества позволяют судить некоторые явления и опыты:
Стальной шарик, который свободно проходит в кольцо, после нагревания в нем застревает.
При нагревании жидкости увеличивается уровень ее в пробирке.
Мяч можно сжать.
Эти опыты позволяют сделать вывод, что все тела состоят из частиц, между которыми есть промежутки. Такие частицы получили название молекул.
Молекулы одного и того же вещества одинаковы.
Молекулы в свою очередь тоже делимы. Частицы, из которых состоят молекулы, называются атомами. Атомы также имеют составные части.
В подтверждение того, что молекулы движутся, можно провести опыт: если в комнату внести сильно пахнущее вещество, то через некоторое время его запах распространится по всей комнате. Если в чай добавить молоко, то, даже не перемешивая жидкости, через некоторое время можно увидеть, что жидкость стала однородной. Взаимное проникновение соприкасающиxся веществ друг в друга вследствие беспорядочного движения частиц вещества называют диффузией.
В газах диффузия происходит быстрее, чем в жидкостях. Объясняется это тем, что расстояние между молекулами в газах больше, чем в жидкостях. В твердых телах тоже происходит диффузия, но для этого требуется много времени. При спайке металлических изделий используется диффузия. На явлении диффузии основана засолка овощей, рыбы, сала. Благодаря диффузии молекулы воздуха попадают в воду.
Явление смачивания можно объяснить притяжением молекул друг к другу. Когда жидкость смачивает тело, то сила притяжения между молекулами тела и жидкости больше, чем сила притяжения между молекулами жидкости. Явление смачивания учитывается, например, при изготовлении бумаги, чтобы ее смачивали чернила.
О том, что молекулы отталкиваются, говорит тот факт, что сжатое тело стремится распрямиться, а жидкость трудно сжать.
Знания о строении вещества позволяют не только объяснять физические явления, но и управлять ими. Зная строение тела, можно создавать новые вещества с уже заданными свойствами, например пластмасса и резина.