ГАПОУ Стерлитамакский многопрофильный профессиональный колледж

Характеристика газов.

Газы – самый простой объект для изучения в молекулярно-кинетической теории. Дело в том, что средние расстояния между частицами газов намного превышают размеры самих частиц. В промежутках между соударениями частицы газа проходят расстояния, на несколько порядков превышающие собственные размеры/

При достаточно высокой температуре и не слишком большом давлении молекулы вещества обладают большой энергией, и сил их взаимодействия недостаточно, чтобы удерживать их рядом. Сила гравитации также оказывается недостаточной, чтобы заметно влиять на поведение молекул. Поэтому при таких условиях молекулы могут свободно перемещаться в пространстве, заполняя весь предоставленный объем.

В газах расстояние между атомами или молекулами на порядки превышает их размеры. Например, в обычных условиях атмосферного давления воздуха объем сосуда в десятки тысяч раз больше объема молекул, находящихся в этом сосуде.

Одна из основных особенностей газов заключается в том, что они легко сжимаются. При сжатии газа уменьшается среднее расстояние между молекулами, однако форма молекул не изменяется. Это связано с тем, что молекулы газа мало связаны друг с другом и могут свободно перемещаться в пространстве.

Молекулы газов обладают огромными скоростями движения – сотни метров в секунду. Когда они сталкиваются, они отскакивают друг от друга в разные стороны, подобно бильярдным шарам. При этом слабые силы притяжения между молекулами газа неспособны удерживать их друг возле друга. Это позволяет газам расширяться неограниченно, так как они не сохраняют ни формы, ни объема. Множество столкновений молекул газа с поверхностью сосуда создает давление газа, которое можно измерить. [6]

Молекулы сталкиваются друг с другом и с другими телами, создавая давление газа, однако путь их свободного полета многократно превышает размеры молекул. Взаимодействия происходят лишь в короткое время столкновения. Связь давления с объемом и температурой описывается газовыми законами.

Газы обладают следующими свойствами:

1.  Легко сжимаются.

2.  Могут неограниченно расширяться.

3.  Не сохраняют ни форму, ни объём.

4.  Многочисленные удары молекул.

5.  стенки сосуда создают давление газа.

6.  Силы взаимодействия очень малы.

7.  Молекулы движутся хаотически.

Если уменьшать температуру газа, то энергия молекул будет всё меньше, свободный пробег – тоже. Наконец, молекулы в среднем станут находиться настолько близко друг к другу, что силы притяжения начнут играть заметную роль в поведении вещества, выражаясь в виде поверхностного натяжения. Сила тяжести будет также вносить свою лепту: в результате вещество займет нижнюю часть предоставленного объема.

Газообразное состояние является наиболее распространенным среди всех состояний вещества во Вселенной, включая межзвездное вещество, туманности, звезды, атмосферы планет и так далее. Химические свойства газов и их смесей весьма разнообразны, начиная от малоактивных инертных газов и заканчивая взрывоопасными газовыми смесями. Под термином «газы» иногда понимают не только системы атомов и молекул, но также системы других частиц, таких как фотоны, электроны, броуновские частицы и плазму.

Характеристика жидкости.

Жидкости – это одно из состояний вещества, обладающих специфическими свойствами. Внешне они выглядят как прозрачные и текучие вещества, которые не сохраняют своей формы и принимают форму сосуда, в котором находятся. Жидкости имеют молекулярное строение, где молекулы располагаются близко друг к другу.

В жидком состоянии молекулы находятся очень близко друг к другу. Поэтому сжать их можно лишь за счет изменения формы молекул, для чего требуется гораздо больше энергии по сравнению со сжатием за счет уменьшения расстояний между молекулами. Большую часть времени молекулы жидкости проводят в беспорядочных колебаниях, но появление даже небольшой внешней силы способно двигать молекулы жидкости, что обеспечивает текучесть.

Жидкости обладают следующими свойствами:

1.  Сохраняют свой объём.

2.  Текучи, легко меняют форму.

3.  Принимают форму сосуда.

4.  Силы взаимодействия большие.

5.  Молекулы движутся беспорядочно.

Основные свойства жидкостей можно объяснить в рамках характера молекулярного движения, который был впервые установлен советским физиком Я. И. Френкелем. В отличие от газов, молекулы жидкостей находятся непосредственно друг у друга. Уменьшение объема жидкости вызывает сильные силы отталкивания между молекулами, что делает их сжимаемость очень малой.

Внешние силы, действующие на жидкость, не изменяют число перескоков молекул в секунду, но влияют на направление этих перескоков. Молекулы жидкости образуют «клетку», где молекула, зажатая другими молекулами, колеблется около положения равновесия. Однако время, в течение которого молекула находится около одного определенного положения равновесия (так называемая «оседлая жизнь»), составляет в среднем около 10^-11 секунд при комнатной температуре. Время одного колебания молекулы намного меньше – от 10^-12 до 10^-13 секунд.

Как и в твёрдых телах, частицы жидкости упакованы весьма плотно и совершают колебания около некоторых положений равновесия. Попытка сжатия жидкости немедленно приводит к деформациям самих молекул и встречает мощное сопротивление: жидкости, в отличие от газов, практически не сжимаемы.

Однако, в отличие от твёрдых тел, частица жидкости не привязана навсегда к своему положению равновесия: спустя некоторое время она скачком меняет его на новое положение и колеблется в окружении новых частиц. Затем – новый скачок, новый период «оседлой жизни», и так далее.

Если частицы твёрдых тел можно сравнить с людьми, имеющими свой дом, то частицы жидкостей – это кочевники, постоянно меняющие места своих стоянок. Характер молекулярного движения в жидкостях, установленный Я. И. Френкелем, позволяет понять основные свойства жидкостей, включая их текучесть, сжимаемость и способность принимать форму сосуда.

Характеристика твердых тел.

Если уменьшать температуру жидкости, то наступает момент, когда энергия молекулы становится меньше энергии связи между соседними молекулами. В таком состоянии молекулы выстраиваются в регулярную пространственную структуру с наименьшей потенциальной энергией, называемую кристаллом. Порядок, в котором находятся молекулы внутри кристалла, называется кристаллической решеткой.

В кристалле молекулы не могут менять свое расположение относительно соседей. Уменьшению расстояний мешают силы отталкивания положительных ядер в молекулах, увеличению расстояний – силы притяжения между электронными оболочками и ядрами соседних молекул.

Атомы или молекулы твердых тел в отличие от жидкостей колеблются около определенных положений равновесия. Правда, иногда молекулы изменяют положение равновесия, но происходит это крайне редко. Вот почему твердые тела сохраняют не только объем, но и форму.

Есть еще одно важное различие между жидкостями и твердыми телами.

Жидкость можно сравнить с толпой людей, где отдельные индивидуумы беспокойно толкутся на месте, а твердое тело подобно стройной когорте тех же индивидуумов, которые хотя и не стоят по стойке смирно, но выдерживают между собой в среднем определенные интервалы. Если соединить центры положений равновесия атомов или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.

Молекулярная структура веществ является ключевым аспектом их поведения и физических свойств. Для газов, расстояние между молекулами газа значительно превышает размеры самих молекул. Это означает, что молекулы газа свободно двигаются в пространстве и могут перемещаться на большие расстояния без значительных взаимодействий друг с другом.

В отличие от газов, жидкости и твердые тела имеют более близкое соотношение между расстоянием между молекулами и их размерами. Для жидкостей и твердых тел l примерно сравнимо с r0, что означает, что молекулы и атомы этих веществ находятся на относительно близком расстоянии друг от друга.

В жидкостях молекулы расположены в беспорядке и имеют свободу перемещения. Они время от времени перескакивают из одного оседлого положения в другое, обеспечивая текучесть и изменчивость формы жидкости.

В твердых телах, в частности в кристаллических структурах, молекулы или атомы упорядочены и образуют регулярную решетку. Это позволяет твердым телам обладать определенной формой и структурой, которая остается неизменной при различных условиях. Процесс, при котором вещество переходит из жидкого состояния в кристаллическое твердое состояние, называется кристаллизацией.

Таким образом, изучение строения газообразных жидкостей и твердых тел позволяет понять особенности их молекулярного строения, взаимодействия частиц и свойств материалов. Это знание необходимо для более глубокого понимания физических и химических процессов, происходящих в природе и промышленности. Дальнейшие исследования в данной области помогут развитию науки и технологий, а также созданию новых материалов с улучшенными свойствами и возможностями применения.