Bagaimana partikel tersusun dalam zat padat, cair, dan gas? Cairan. Pergerakan molekul dalam cairan Keadaan gas dari materi susunan molekul

Cairan menempati posisi tengah dalam sifat dan struktur antara gas dan zat kristal padat. Oleh karena itu, ia memiliki sifat zat gas dan zat padat. Dalam teori kinetik molekuler, keadaan agregat yang berbeda dari suatu zat dikaitkan dengan derajat keteraturan molekul yang berbeda. Untuk padatan, yang disebut pesanan jarak jauh dalam susunan partikel, yaitu pengaturan teratur mereka, berulang jarak jauh. Dalam cairan, yang disebut urutan jarak pendek dalam susunan partikel, yaitu pengaturan teratur mereka, berulang pada jarak, sebanding dengan pengaturan interatomik. Pada suhu yang mendekati suhu kristalisasi, struktur cairan mendekati padatan. Pada suhu tinggi, mendekati titik didih, struktur cairan sesuai dengan keadaan gas - hampir semua molekul berpartisipasi dalam gerakan termal yang kacau.

Cairan, seperti padatan, memiliki volume tertentu, dan seperti gas, mereka mengambil bentuk bejana tempat mereka berada. Molekul gas praktis tidak saling berhubungan oleh gaya interaksi antarmolekul, dan dalam hal ini energi rata-rata gerak termal molekul gas jauh lebih besar daripada energi potensial rata-rata karena gaya tarik-menarik di antara mereka, sehingga molekul gas tersebar di arah yang berbeda dan gas menempati volume yang disediakan untuk itu. Dalam benda padat dan cair, gaya tarik-menarik antar molekul sudah signifikan dan menjaga molekul pada jarak tertentu satu sama lain. Dalam hal ini, energi rata-rata dari gerakan termal molekul lebih kecil dari energi potensial rata-rata karena gaya interaksi antarmolekul, dan tidak cukup untuk mengatasi gaya tarik-menarik antar molekul, sehingga padatan dan cairan memiliki volume tertentu. .

Tekanan dalam cairan meningkat sangat tajam dengan meningkatnya suhu dan penurunan volume. Ekspansi volumetrik cairan jauh lebih kecil daripada ekspansi uap dan gas, karena gaya yang mengikat molekul dalam cairan lebih signifikan; komentar yang sama berlaku untuk ekspansi termal.

Kapasitas panas cairan biasanya meningkat dengan suhu (walaupun sedikit). Rasio C p / C V praktis sama dengan satu.

Teori fluida belum sepenuhnya berkembang hingga saat ini. Perkembangan sejumlah masalah dalam kajian sifat kompleks zat cair milik Ya.I. Frenkel (1894–1952). Dia menjelaskan gerak termal dalam cairan dengan fakta bahwa setiap molekul berosilasi untuk beberapa waktu di sekitar posisi kesetimbangan tertentu, setelah itu ia melompat ke posisi baru, yaitu pada jarak urutan jarak interatomik dari posisi awal. Dengan demikian, molekul-molekul cairan bergerak sangat lambat di seluruh massa cairan. Dengan peningkatan suhu cairan, frekuensi gerakan osilasi meningkat tajam, dan mobilitas molekul meningkat.

Berdasarkan model Frenkel, beberapa dapat dijelaskan fitur khas sifat cairan. Jadi, cairan, bahkan di dekat suhu kritis, memiliki jauh lebih besar viskositas daripada gas, dan viskositas menurun dengan meningkatnya suhu (daripada meningkat, seperti pada gas). Ini dijelaskan oleh sifat yang berbeda dari proses transfer momentum: itu ditransfer oleh molekul yang melompat dari satu keadaan kesetimbangan ke keadaan lain, dan lompatan ini menjadi lebih sering dengan meningkatnya suhu. Difusi dalam cairan terjadi hanya karena lompatan molekuler, dan itu terjadi jauh lebih lambat daripada dalam gas. Konduktivitas termal cairan disebabkan oleh pertukaran energi kinetik antar partikel yang berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya dengan amplitudo yang berbeda; lompatan molekul yang tajam tidak memainkan peran yang nyata. Mekanisme konduksi panas mirip dengan mekanismenya dalam gas. Ciri khas cairan adalah kemampuannya untuk memiliki permukaan bebas(tidak dibatasi oleh dinding yang kokoh).

Fisika molekuler itu mudah!

Kekuatan interaksi molekul

Semua molekul suatu zat berinteraksi satu sama lain dengan gaya tarik-menarik dan tolakan.
Bukti interaksi molekul: fenomena pembasahan, ketahanan terhadap kompresi dan peregangan, kompresibilitas rendah padatan dan gas, dll.
Alasan interaksi molekul adalah interaksi elektromagnetik dari partikel bermuatan dalam materi.

Bagaimana menjelaskannya?

Sebuah atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan kulit elektron yang bermuatan negatif. Muatan inti sama dengan muatan total semua elektron, oleh karena itu, secara keseluruhan, atom netral secara elektrik.
Molekul yang terdiri dari satu atau lebih atom juga netral secara elektrik.

Pertimbangkan interaksi antar molekul menggunakan contoh dua molekul tidak bergerak.

Gaya gravitasi dan elektromagnetik dapat muncul di antara benda-benda di alam.
Karena massa molekul sangat kecil, gaya interaksi gravitasi antar molekul yang dapat diabaikan dapat diabaikan.

Pada jarak yang sangat jauh, juga tidak ada interaksi elektromagnetik antar molekul.

Namun, dengan berkurangnya jarak antar molekul, molekul mulai menyesuaikan diri sehingga sisinya yang saling berhadapan akan memiliki muatan dengan tanda yang berbeda (umumnya molekul tetap netral), dan gaya tarik menarik muncul di antara molekul.

Dengan penurunan jarak antar molekul yang lebih besar, gaya tolak muncul sebagai akibat interaksi kulit elektron bermuatan negatif dari atom molekul.

Akibatnya, molekul dipengaruhi oleh jumlah gaya tarik dan tolak. Pada jarak yang jauh, gaya tarik berlaku (pada jarak 2-3 diameter molekul, daya tarik maksimum), pada jarak pendek, gaya tolak.

Ada jarak antar molekul di mana gaya tarik menjadi sama dengan gaya tolak. Posisi molekul ini disebut posisi kesetimbangan stabil.

Molekul yang terletak pada jarak satu sama lain dan dihubungkan oleh gaya elektromagnetik memiliki energi potensial.
Dalam posisi kesetimbangan stabil, energi potensial molekul minimal.

Dalam suatu zat, setiap molekul berinteraksi secara bersamaan dengan banyak molekul tetangganya, yang juga mempengaruhi nilai energi potensial minimum molekul.

Selain itu, semua molekul suatu zat bergerak terus menerus, mis. memiliki energi kinetik.

Dengan demikian, struktur suatu zat dan sifat-sifatnya (benda padat, cair dan gas) ditentukan oleh rasio antara energi potensial interaksi molekul minimum dan energi kinetik dari gerakan termal molekul.

Struktur dan sifat benda padat, cair dan gas

Struktur benda dijelaskan oleh interaksi partikel tubuh dan sifat gerak termalnya.

Padat

Padatan memiliki bentuk dan volume yang konstan, dan praktis tidak dapat dimampatkan.
Energi potensial interaksi molekul minimum lebih besar daripada energi kinetik molekul.
Interaksi partikel yang kuat.

Gerakan termal molekul dalam padatan diekspresikan hanya dengan osilasi partikel (atom, molekul) di sekitar posisi kesetimbangan stabil.

Karena gaya tarik-menarik yang besar, molekul secara praktis tidak dapat mengubah posisinya dalam suatu zat, yang menjelaskan invarian volume dan bentuk padatan.

Sebagian besar padatan memiliki susunan partikel yang teratur secara spasial yang membentuk kisi kristal biasa. Partikel materi (atom, molekul, ion) terletak di simpul - simpul kisi kristal. Simpul kisi kristal bertepatan dengan posisi kesetimbangan partikel yang stabil.
Padatan seperti itu disebut kristal.

Cairan

Cairan memiliki volume tertentu, tetapi tidak memiliki bentuknya sendiri, mereka mengambil bentuk wadah tempatnya berada.
Energi potensial interaksi molekul minimum sebanding dengan energi kinetik molekul.
Interaksi partikel lemah.
Gerakan termal molekul dalam cairan diekspresikan oleh osilasi di sekitar posisi kesetimbangan stabil dalam volume yang disediakan untuk molekul oleh tetangganya.

Molekul tidak dapat bergerak bebas di seluruh volume suatu zat, tetapi transisi molekul ke tempat tetangga dimungkinkan. Ini menjelaskan fluiditas cairan, kemampuan untuk mengubah bentuknya.

Dalam cairan, molekul-molekul terikat cukup kuat satu sama lain oleh gaya tarik-menarik, yang menjelaskan invarian volume cairan.

Dalam cairan, jarak antar molekul kira-kira sama dengan diameter molekul. Dengan berkurangnya jarak antar molekul (mengompresi cairan), gaya tolak meningkat tajam, sehingga cairan tidak dapat dimampatkan.

Dalam hal struktur dan sifat gerak termalnya, cairan menempati posisi tengah antara padatan dan gas.
Meskipun perbedaan antara cairan dan gas jauh lebih besar daripada cairan dan padatan. Misalnya, selama peleburan atau kristalisasi, volume benda berubah berkali-kali lebih kecil daripada selama penguapan atau kondensasi.

Gas tidak memiliki volume konstan dan menempati seluruh volume bejana tempatnya berada.
Energi potensial interaksi molekul minimum lebih kecil dari energi kinetik molekul.
Partikel materi praktis tidak berinteraksi.
Gas dicirikan oleh gangguan lengkap dalam susunan dan pergerakan molekul.

Molekul dan atom dari benda padat disusun dalam urutan dan bentuk tertentu kisi kristal. Padatan seperti itu disebut kristal. Atom berosilasi tentang posisi kesetimbangan, dan daya tarik di antara mereka sangat kuat. Oleh karena itu, benda padat dalam kondisi normal mempertahankan volume dan memiliki bentuknya sendiri.

Kesetimbangan termal adalah keadaan sistem termodinamika yang dilaluinya secara spontan setelah jangka waktu yang cukup lama dalam kondisi isolasi dari lingkungan.

Suhu adalah kuantitas fisik yang mencirikan energi kinetik rata-rata partikel sistem makroskopik dalam keadaan kesetimbangan termodinamika. Dalam keadaan setimbang, suhu memiliki nilai yang sama untuk semua bagian makroskopik sistem.

Derajat Celsius(simbol: °C) adalah satuan suhu yang umum digunakan dalam Sistem Satuan Internasional (SI) bersama dengan kelvin.

Termometer medis merkuri

Termometer mekanik

Derajat Celsius dinamai ilmuwan Swedia Anders Celsius, yang pada tahun 1742 mengusulkan skala baru untuk mengukur suhu. Nol pada skala Celcius adalah titik leleh es, dan 100° adalah titik didih air pada tekanan atmosfer standar. (Awalnya, Celcius mengambil suhu leleh es sebagai 100 °, dan titik didih air sebagai 0 °. Dan baru kemudian Carl Linnaeus sezamannya "membalikkan" skala ini). Skala ini linier dalam rentang 0-100° dan juga berlanjut secara linier di wilayah di bawah 0° dan di atas 100°. Linearitas adalah masalah utama dengan pengukuran suhu yang akurat. Cukuplah untuk menyebutkan bahwa termometer klasik berisi air tidak dapat menunjukkan suhu di bawah 4 derajat Celcius, karena dalam kisaran ini air mulai mengembang lagi.

Definisi awal derajat Celcius bergantung pada definisi tekanan atmosfer standar, karena titik didih air dan titik leleh es bergantung pada tekanan. Ini sangat tidak nyaman untuk membakukan satuan ukuran. Oleh karena itu, setelah pengadopsian kelvin K sebagai satuan dasar suhu, definisi derajat Celcius direvisi.

Menurut definisi modern, satu derajat Celcius sama dengan satu kelvin K, dan nol skala Celcius diatur sehingga suhu titik tripel air adalah 0,01 °C. Akibatnya, skala Celcius dan Kelvin digeser sebesar 273,15:

26)Gas ideal- model matematika gas, di mana diasumsikan bahwa energi potensial dari interaksi molekul dapat diabaikan dibandingkan dengan energi kinetiknya. Tidak ada gaya tarik-menarik atau tolakan antar molekul, tumbukan partikel di antara mereka dan dengan dinding bejana benar-benar elastis, dan waktu interaksi antar molekul sangat kecil dibandingkan dengan waktu rata-rata antar tumbukan.

Di mana k adalah konstanta Boltzmann (rasio konstanta gas universal R ke bilangan Avogadro N A), saya- jumlah derajat kebebasan molekul (dalam kebanyakan masalah tentang gas ideal, di mana molekul diasumsikan sebagai bola dengan jari-jari kecil, analog fisiknya dapat berupa gas inert), dan T adalah temperatur mutlak.

Persamaan dasar MKT menghubungkan parameter makroskopik (tekanan, volume, suhu) sistem gas dengan parameter mikroskopis (massa molekul, kecepatan rata-rata pergerakannya).

Fisika. Molekul. Susunan molekul dalam jarak gas, cair dan padat.

1. 
   
   
2. Dalam keadaan gas, molekul-molekul tidak terhubung satu sama lain, mereka berada pada jarak yang sangat jauh satu sama lain. gerak Brown. Gas dapat dikompresi dengan relatif mudah.
   Dalam cairan, molekul-molekulnya berdekatan, bergetar bersama. Hampir tidak bisa dimampatkan.
   Dalam padatan - molekul disusun dalam urutan yang ketat (dalam kisi kristal), tidak ada pergerakan molekul. Kompresi tidak akan menyerah.
3. Struktur materi dan awal kimia:
   http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
   (tanpa registrasi dan pesan SMS, dalam format teks yang nyaman: Anda dapat menggunakan Ctrl+C)
4. Sama sekali tidak mungkin untuk setuju bahwa dalam keadaan padat molekul tidak bergerak.

   Pergerakan molekul dalam gas

   Dalam gas, jarak antara molekul dan atom biasanya jauh lebih besar daripada ukuran molekul, dan gaya tarik menariknya sangat kecil. Oleh karena itu, gas tidak memiliki bentuk dan volumenya sendiri yang konstan. Gas mudah dikompresi karena gaya tolak pada jarak jauh juga kecil. Gas memiliki sifat mengembang tanpa batas waktu, mengisi seluruh volume yang disediakan untuknya. Molekul gas bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, saling bertabrakan, saling memantul ke arah yang berbeda. Banyak tumbukan molekul pada dinding bejana menciptakan tekanan gas.

   Pergerakan molekul dalam cairan

   Dalam cairan, molekul tidak hanya berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan, tetapi juga melompat dari satu posisi kesetimbangan ke posisi berikutnya. Lompatan ini terjadi secara berkala. Interval waktu antara lompatan tersebut disebut waktu rata-rata kehidupan menetap (atau waktu relaksasi rata-rata) dan dilambangkan dengan huruf ?. Dengan kata lain, waktu relaksasi adalah waktu osilasi di sekitar satu posisi kesetimbangan tertentu. Pada suhu kamar, waktu ini rata-rata 10–11 detik. Waktu satu osilasi adalah 10-1210-13 s.

   Waktu kehidupan menetap berkurang dengan meningkatnya suhu. Jarak antara molekul cair lebih kecil dari ukuran molekul, partikelnya dekat satu sama lain, dan daya tarik antarmolekulnya besar. Namun, susunan molekul cairan tidak diatur secara ketat di seluruh volume.

   Cairan, seperti padatan, mempertahankan volumenya, tetapi tidak memiliki bentuknya sendiri. Oleh karena itu, mereka mengambil bentuk kapal tempat mereka berada. Zat cair memiliki sifat fluiditas. Karena sifat ini, cairan tidak tahan terhadap perubahan bentuk, sedikit memampatkan, dan sifat fisiknya sama ke segala arah di dalam cairan (isotropi cair). Sifat gerak molekul dalam cairan pertama kali ditetapkan oleh fisikawan Soviet Yakov Ilyich Frenkel (1894-1952).

   Gerakan molekul dalam padatan

   Molekul dan atom benda padat tersusun dalam urutan tertentu dan membentuk kisi kristal. Padatan seperti itu disebut kristal. Atom berosilasi tentang posisi kesetimbangan, dan daya tarik di antara mereka sangat kuat. Oleh karena itu, benda padat dalam kondisi normal mempertahankan volumenya dan memiliki bentuknya sendiri.

5. Dalam gerakan gas secara acak, potong
   Dalam cairan bergerak sejalan satu sama lain
   Dalam keadaan padat - jangan bergerak.

Energi kinetik molekul

Dalam gas, molekul melakukan gerakan bebas (terisolasi dari molekul lain), hanya dari waktu ke waktu bertabrakan satu sama lain atau dengan dinding bejana. Selama molekul bergerak bebas, ia hanya memiliki energi kinetik. Selama tumbukan, molekul juga memiliki energi potensial. Jadi, energi total suatu gas adalah jumlah energi kinetik dan energi potensial dari molekul-molekulnya. Gas yang dijernihkan, semakin banyak molekul pada setiap saat dalam keadaan bergerak bebas, hanya memiliki energi kinetik. Akibatnya, ketika gas dijernihkan, bagian energi potensial berkurang dibandingkan dengan energi kinetik.

Energi kinetik rata-rata molekul dalam kesetimbangan gas ideal memiliki satu ciri yang sangat penting: dalam campuran gas yang berbeda, energi kinetik rata-rata molekul untuk berbagai komponen campuran adalah sama.

Misalnya, udara adalah campuran gas. Energi rata-rata molekul udara untuk semua komponennya dalam kondisi normal, ketika udara masih dapat dianggap sebagai gas ideal, adalah sama. Sifat gas ideal ini dapat dibuktikan berdasarkan pertimbangan statistik umum. Konsekuensi penting mengikuti darinya: jika dua gas yang berbeda (dalam bejana yang berbeda) berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain, maka energi kinetik rata-rata molekulnya adalah sama.

Dalam gas, jarak antara molekul dan atom biasanya jauh lebih besar daripada ukuran molekul itu sendiri, gaya interaksi molekul tidak besar. Akibatnya, gas tidak memiliki bentuk dan volume yang konstan. Gas mudah dikompresi dan dapat mengembang tanpa batas. Molekul gas bergerak bebas (secara translasi, dapat berputar), hanya sesekali bertabrakan dengan molekul lain dan dinding bejana tempat gas berada, dan bergerak dengan kecepatan sangat tinggi.

Gerak partikel dalam padatan

Struktur padatan pada dasarnya berbeda dari struktur gas. Di dalamnya, jarak antarmolekul kecil dan energi potensial molekul sebanding dengan energi kinetik. Atom (atau ion, atau seluruh molekul) tidak dapat disebut tidak bergerak, mereka melakukan gerakan osilasi acak di sekitar posisi tengahnya. Semakin tinggi suhu, semakin besar energi osilasi, dan karenanya amplitudo rata-rata osilasi. Getaran termal atom juga menjelaskan kapasitas panas padatan. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci gerakan partikel dalam padatan kristal. Seluruh kristal secara keseluruhan adalah sistem osilasi berpasangan yang sangat kompleks. Penyimpangan atom dari posisi rata-rata kecil, dan oleh karena itu kita dapat mengasumsikan bahwa atom mengalami aksi gaya kuasi-elastis yang mematuhi hukum Hooke linier. Sistem osilasi semacam itu disebut linier.

Ada teori matematika yang dikembangkan dari sistem yang tunduk pada osilasi linier. Ini membuktikan teorema yang sangat penting, yang intinya adalah sebagai berikut. Jika sistem melakukan osilasi kecil (linear) yang saling berhubungan, maka dengan mengubah koordinatnya dapat secara formal direduksi menjadi sistem osilator independen (yang persamaan osilasinya tidak bergantung satu sama lain). Sistem osilator independen berperilaku seperti gas ideal dalam arti bahwa atom yang terakhir juga dapat dianggap independen.

Menggunakan gagasan tentang kemerdekaan atom gas kita sampai pada hukum Boltzmann. Kesimpulan yang sangat penting ini memberikan dasar yang sederhana dan dapat diandalkan untuk seluruh teori zat padat.

hukum Boltzmann

Jumlah osilator dengan parameter tertentu (koordinat dan kecepatan) ditentukan dengan cara yang sama seperti jumlah molekul gas dalam keadaan tertentu, menurut rumus:

energi osilator.

Hukum Boltzmann (1) dalam teori benda padat tidak memiliki batasan, namun rumus (2) untuk energi osilator diambil dari mekanika klasik. Dalam pertimbangan teoritis benda padat, perlu mengandalkan mekanika kuantum, yang dicirikan oleh perubahan diskrit dalam energi osilator. Perbedaan energi osilator menjadi tidak signifikan hanya pada nilai energinya yang cukup tinggi. Ini berarti bahwa (2) hanya dapat digunakan pada suhu yang cukup tinggi. Pada suhu tinggi suatu benda padat, dekat dengan titik leleh, hukum Boltzmann menyiratkan hukum distribusi energi yang seragam pada derajat kebebasan. Jika dalam gas untuk setiap derajat kebebasan rata-rata terdapat energi sebesar (1/2) kT, maka osilator memiliki satu derajat kebebasan, selain kinetik, memiliki energi potensial. Oleh karena itu, satu derajat kebebasan dalam padatan pada suhu yang cukup tinggi memiliki energi yang sama dengan kT. Berdasarkan hukum ini, tidak sulit untuk menghitung total energi dalam benda padat, dan setelah itu, kapasitas panasnya. Satu mol zat padat mengandung atom NA, dan setiap atom memiliki tiga derajat kebebasan. Oleh karena itu, mol mengandung 3 osilator NA. Energi mol dari benda padat

dan kapasitas panas molar zat padat pada suhu yang cukup tinggi

Pengalaman menegaskan hukum ini.

Cairan menempati posisi tengah antara gas dan padatan. Molekul cairan tidak menyimpang dalam jarak jauh, dan cairan dalam kondisi normal mempertahankan volumenya. Tetapi tidak seperti padatan, molekul tidak hanya berosilasi, tetapi juga melompat dari satu tempat ke tempat lain, yaitu bergerak bebas. Saat suhu naik, cairan mendidih (ada yang disebut titik didih) dan berubah menjadi gas. Saat suhu turun, cairan mengkristal dan menjadi padat. Ada titik di bidang suhu di mana batas antara gas (uap jenuh) dan cairan menghilang (titik kritis). Pola gerak termal molekul dalam cairan di dekat suhu pemadatan sangat mirip dengan perilaku molekul dalam padatan. Misalnya, koefisien kapasitas panas hampir sama. Karena kapasitas panas suatu zat selama peleburan sedikit berubah, dapat disimpulkan bahwa sifat pergerakan partikel dalam cairan mirip dengan pergerakan dalam padatan (pada suhu leleh). Saat dipanaskan, sifat cairan berangsur-angsur berubah, dan menjadi lebih seperti gas. Dalam cairan, energi kinetik rata-rata partikel lebih kecil dari energi potensial interaksi antarmolekulnya. Energi interaksi antarmolekul dalam cairan dan padatan berbeda secara tidak signifikan. Jika kita membandingkan panas fusi dan panas penguapan, kita akan melihat bahwa selama transisi dari satu keadaan agregasi ke keadaan lainnya, panas fusi jauh lebih rendah daripada panas penguapan. Deskripsi matematis yang memadai tentang struktur cairan hanya dapat diberikan dengan bantuan fisika statistik. Misalnya, jika cairan terdiri dari molekul bola yang identik, maka strukturnya dapat dijelaskan oleh fungsi distribusi radial g(r), yang memberikan kemungkinan untuk menemukan molekul apa pun pada jarak r dari yang diberikan, dipilih sebagai titik referensi. . Secara eksperimental, fungsi ini dapat ditemukan dengan mempelajari difraksi sinar-X atau neutron; dimungkinkan untuk melakukan simulasi komputer dari fungsi ini menggunakan mekanika Newton.

Teori kinetik cairan dikembangkan oleh Ya.I. Frenkel. Dalam teori ini, cairan dianggap, seperti dalam kasus benda padat, sebagai sistem dinamis osilator harmonik. Tetapi tidak seperti benda padat, posisi kesetimbangan molekul dalam cairan bersifat sementara. Setelah berosilasi di sekitar satu posisi, molekul cairan melompat ke posisi baru yang terletak di lingkungan tersebut. Lompatan seperti itu terjadi dengan pengeluaran energi. Waktu "hidup menetap" rata-rata molekul cair dapat dihitung sebagai:

\[\kiri\langle t\kanan\rangle =t_0e^(\frac(W)(kT))\kiri(5\kanan),\]

di mana $t_0\ $ adalah periode osilasi di sekitar satu posisi ekuilibrium. Energi yang harus diterima molekul untuk berpindah dari satu posisi ke posisi lain disebut energi aktivasi W, dan waktu molekul berada pada posisi kesetimbangan disebut waktu "kehidupan menetap" t.

Untuk molekul air, misalnya, pada suhu kamar, satu molekul membuat sekitar 100 getaran dan melompat ke posisi baru. Gaya tarik-menarik antara molekul-molekul cairan sangat besar untuk mempertahankan volume, tetapi kehidupan molekul yang tidak bergerak yang terbatas menyebabkan munculnya fenomena seperti fluiditas. Selama osilasi partikel di dekat posisi kesetimbangan, mereka terus bertabrakan satu sama lain, oleh karena itu, bahkan kompresi kecil cairan menyebabkan "pengerasan" tumbukan partikel yang tajam. Ini berarti peningkatan tajam dalam tekanan cairan di dinding bejana tempat ia dikompresi.

Contoh 1

Tugas: Tentukan kapasitas panas spesifik tembaga. Asumsikan bahwa suhu tembaga mendekati titik leleh. (Massa molar tembaga $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$

Menurut hukum Dulong dan Petit, satu mol zat kimia sederhana pada suhu mendekati titik leleh memiliki kapasitas panas:

Kapasitas panas spesifik tembaga:

\[C=\frac(c)(\mu )\to C=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[C=\frac(3\cdot 8,31) (63\cdot 10^(-3))=0,39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]

Jawab: Kapasitas panas spesifik tembaga adalah $0,39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$

Tugas: Jelaskan secara sederhana dari sudut pandang fisika proses pelarutan garam (NaCl) dalam air.

Dasar dari teori solusi modern diciptakan oleh D.I. Mendeleev. Dia menemukan bahwa selama pembubaran, dua proses terjadi secara bersamaan: fisik - distribusi seragam partikel zat terlarut di seluruh volume larutan, dan kimia - interaksi pelarut dengan zat terlarut. Kami tertarik pada proses fisik. Molekul garam tidak menghancurkan molekul air. Dalam hal ini, tidak mungkin untuk menguapkan air. Jika molekul garam melekat pada molekul air, kita akan mendapatkan zat baru. Dan molekul garam tidak dapat menembus ke dalam molekul air.

Ikatan ion-dipol terjadi antara ion Na+ dan Cl- dari klorin dan molekul air polar. Ternyata lebih kuat dari ikatan ionik pada molekul garam. Sebagai hasil dari proses ini, ikatan antara ion yang terletak di permukaan kristal NaCl melemah, ion natrium dan klorin terlepas dari kristal, dan molekul air membentuk apa yang disebut cangkang hidrasi di sekitarnya. Ion terhidrasi yang terpisah di bawah pengaruh gerakan termal didistribusikan secara merata di antara molekul pelarut.