Kaip dalelės išsidėsto kietose medžiagose, skysčiuose ir dujose? Skysčiai. Molekulių judėjimas skysčiuose Dujinė medžiagos būsena molekulių išsidėstymas

Skystis pagal savybes ir struktūrą užima tarpinę padėtį tarp dujų ir kietų kristalinių medžiagų. Todėl jis turi tiek dujinių, tiek kietų medžiagų savybių. Molekulinės kinetikos teorijoje skirtingos medžiagos agregatinės būsenos yra susijusios su skirtingu molekulinės tvarkos laipsniu. Kietosioms medžiagoms vadinamasis ilgo nuotolio užsakymas dalelių išsidėstymu, t.y. tvarkingas jų išdėstymas, pasikartojantis dideliais atstumais. Skysčiuose vadinamasis trumpo nuotolio užsakymas dalelių išsidėstymu, t.y. jų tvarkingas išdėstymas, pasikartojantis per atstumą, yra panašus į tarpatominius. Esant temperatūrai, artimai kristalizacijos temperatūrai, skysčio struktūra yra artima kietos medžiagos struktūrai. Esant aukštai temperatūrai, artimai virimo temperatūrai, skysčio struktūra atitinka dujinę būseną – beveik visos molekulės dalyvauja chaotiškame šiluminiame judėjime.

Skysčiai, kaip ir kietos medžiagos, turi tam tikrą tūrį ir, kaip ir dujos, įgauna indo, kuriame yra, formą. Dujų molekulės praktiškai nėra sujungtos tarpmolekulinės sąveikos jėgų, ir šiuo atveju vidutinė dujų molekulių šiluminio judėjimo energija yra daug didesnė už vidutinę potencinę energiją dėl tarp jų atsirandančių traukos jėgų, todėl dujų molekulės išsisklaido į vidų. skirtingomis kryptimis ir dujos užima joms skirtą tūrį. Kietuose ir skystuose kūnuose traukos jėgos tarp molekulių jau yra reikšmingos ir išlaiko molekules tam tikru atstumu viena nuo kitos. Šiuo atveju vidutinė molekulių šiluminio judėjimo energija yra mažesnė už vidutinę potencialią energiją dėl tarpmolekulinės sąveikos jėgų, o jos nepakanka norint įveikti traukos jėgas tarp molekulių, todėl kietosios medžiagos ir skysčiai turi tam tikrą tūrį. .

Slėgis skysčiuose labai smarkiai didėja didėjant temperatūrai ir mažėjant tūriui. Skysčių tūrinis plėtimasis yra daug mažesnis nei garų ir dujų, nes jėgos, jungiančios molekules skystyje, yra reikšmingesnės; ta pati pastaba taikoma šiluminiam plėtimuisi.

Skysčių šiluminės talpos paprastai didėja didėjant temperatūrai (nors ir šiek tiek). C p /C V santykis praktiškai lygus vienetui.

Skysčių teorija iki šiol nėra iki galo išvystyta. Daugelio problemų, susijusių su sudėtingų skysčio savybių tyrimu, plėtra priklauso Ya.I. Frenkelis (1894–1952). Jis paaiškino šiluminį judėjimą skystyje tuo, kad kiekviena molekulė tam tikrą laiką svyruoja aplink tam tikrą pusiausvyros padėtį, o po to peršoka į naują padėtį, kuri yra tarpatominio atstumo eilės atstumu nuo pradinės. Taigi skysčio molekulės gana lėtai juda per visą skysčio masę. Didėjant skysčio temperatūrai, svyruojančių judesių dažnis smarkiai padidėja, o molekulių mobilumas didėja.

Remiantis Frenkelio modeliu, galima kai ką paaiškinti skiriamieji bruožai skysčio savybės. Taigi skysčiai, net arti kritinės temperatūros, turi daug didesnę klampumas nei dujų, o klampumas mažėja kylant temperatūrai (o ne didėja, kaip dujose). Tai paaiškinama kitokiu impulsų perdavimo proceso pobūdžiu: jį perneša molekulės, kurios šokinėja iš vienos pusiausvyros būsenos į kitą, ir šie šuoliai daugėja didėjant temperatūrai. Difuzija skysčiuose atsiranda tik dėl molekulinių šuolių, ir tai vyksta daug lėčiau nei dujose. Šilumos laidumas skysčiai atsiranda dėl kinetinės energijos mainų tarp dalelių, svyruojančių aplink savo pusiausvyros padėtį skirtingomis amplitudėmis; staigūs molekulių šuoliai nevaidina pastebimo vaidmens. Šilumos laidumo mechanizmas yra panašus į jo mechanizmą dujose. Būdinga skysčio savybė yra jo gebėjimas turėti laisvas paviršius(neriboja vientisos sienos).

Molekulinė fizika yra paprasta!

Molekulių sąveikos jėgos

Visos medžiagos molekulės sąveikauja viena su kita traukos ir atstūmimo jėgomis.
Molekulių sąveikos įrodymas: drėkinimo reiškinys, atsparumas gniuždymui ir tempimui, mažas kietųjų medžiagų ir dujų suspaudžiamumas ir kt.
Molekulių sąveikos priežastis – įkrautų dalelių elektromagnetinė sąveika medžiagoje.

Kaip tai paaiškinti?

Atomas susideda iš teigiamai įkrauto branduolio ir neigiamai įkrauto elektronų apvalkalo. Branduolio krūvis lygus bendram visų elektronų krūviui, todėl kaip visuma atomas yra elektriškai neutralus.
Molekulė, susidedanti iš vieno ar daugiau atomų, taip pat yra elektriškai neutrali.

Apsvarstykite sąveiką tarp molekulių naudodami dviejų nejudrių molekulių pavyzdį.

Gamtoje tarp kūnų gali egzistuoti gravitacinės ir elektromagnetinės jėgos.
Kadangi molekulių masės yra labai mažos, galima nepaisyti nereikšmingų molekulių sąveikos jėgų.

Esant labai dideliems atstumams, tarp molekulių taip pat nėra elektromagnetinės sąveikos.

Tačiau, mažėjant atstumui tarp molekulių, molekulės pradeda orientuotis taip, kad jų pusės, nukreiptos viena į kitą, turės skirtingų ženklų krūvius (apskritai molekulės išlieka neutralios), o tarp molekulių atsiranda patrauklios jėgos.

Dar labiau mažėjant atstumui tarp molekulių, dėl molekulių atomų neigiamo krūvio elektronų apvalkalų sąveikos atsiranda atstumiančios jėgos.

Dėl to molekulę veikia traukos ir atstūmimo jėgų suma. Dideliais atstumais vyrauja traukos jėga (2-3 molekulių diametrų atstumu trauka maksimali), nedideliais atstumimo jėga.

Tarp molekulių yra toks atstumas, kuriame traukos jėgos tampa lygios atstūmimo jėgoms. Tokia molekulių padėtis vadinama stabilios pusiausvyros padėtimi.

Molekulės, esančios viena nuo kitos ir sujungtos elektromagnetinėmis jėgomis, turi potencialią energiją.
Stabilios pusiausvyros padėtyje molekulių potencinė energija yra minimali.

Medžiagoje kiekviena molekulė vienu metu sąveikauja su daugybe gretimų molekulių, o tai taip pat turi įtakos molekulių minimalios potencialios energijos vertei.

Be to, visos medžiagos molekulės yra nuolatiniame judėjime, t.y. turi kinetinę energiją.

Taigi medžiagos sandara ir jos savybės (kieti, skysti ir dujiniai kūnai) nustatomos pagal minimalios potencialios molekulių sąveikos energijos ir molekulių šiluminio judėjimo kinetinės energijos santykį.

Kietųjų, skystųjų ir dujinių kūnų sandara ir savybės

Kūnų sandara paaiškinama kūno dalelių sąveika ir jų šiluminio judėjimo pobūdžiu.

Tvirtas

Kietosios medžiagos turi pastovią formą ir tūrį ir yra praktiškai nesuspaudžiamos.
Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra didesnė už molekulių kinetinę energiją.
Stipri dalelių sąveika.

Molekulių šiluminis judėjimas kietajame kūne išreiškiamas tik dalelių (atomų, molekulių) virpesiais aplink stabilios pusiausvyros padėtį.

Dėl didelių traukos jėgų molekulės praktiškai negali pakeisti savo padėties medžiagoje, o tai paaiškina kietųjų kūnų tūrio ir formos nekintamumą.

Daugumoje kietųjų kūnų yra erdviškai išdėstytos dalelės, kurios sudaro taisyklingą kristalinę gardelę. Medžiagos dalelės (atomai, molekulės, jonai) išsidėstę viršūnėse – kristalinės gardelės mazguose. Kristalinės gardelės mazgai sutampa su stabilios dalelių pusiausvyros padėtimi.
Tokios kietosios medžiagos vadinamos kristalinėmis.

Skystis

Skysčiai turi tam tikrą tūrį, bet neturi savo formos, jie įgauna indo, kuriame yra, formą.
Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra panaši į molekulių kinetinę energiją.
Silpna dalelių sąveika.
Šiluminis molekulių judėjimas skystyje išreiškiamas svyravimais aplink stabilios pusiausvyros padėtį tūryje, kurį molekulei suteikia jos kaimynai.

Molekulės negali laisvai judėti per visą medžiagos tūrį, tačiau galimi molekulių perėjimai į gretimas vietas. Tai paaiškina skysčio sklandumą, galimybę keisti jo formą.

Skysčiuose molekulės yra gana stipriai viena su kita surištos patraukliomis jėgomis, o tai paaiškina skysčio tūrio nekintamumą.

Skystyje atstumas tarp molekulių yra maždaug lygus molekulės skersmeniui. Sumažėjus atstumui tarp molekulių (suspaudžiant skystį), staigiai padidėja atstumiančios jėgos, todėl skysčiai yra nesuspaudžiami.

Pagal savo struktūrą ir šiluminio judėjimo pobūdį skysčiai užima tarpinę padėtį tarp kietųjų medžiagų ir dujų.
Nors skirtumas tarp skysčio ir dujų yra daug didesnis nei tarp skysčio ir kieto. Pavyzdžiui, lydymosi ar kristalizacijos metu kūno tūris kinta daug kartų mažiau nei garuojant ar kondensuojantis.

Dujos neturi pastovaus tūrio ir užima visą indo, kuriame jos yra, tūrį.
Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra mažesnė už molekulių kinetinę energiją.
Medžiagos dalelės praktiškai nesąveikauja.
Dujoms būdingas visiškas molekulių išsidėstymo ir judėjimo sutrikimas.

Kietojo kūno molekulės ir atomai yra išsidėstę tam tikra tvarka ir forma kristalinė gardelė. Tokios kietosios medžiagos vadinamos kristalinėmis. Atomai svyruoja apie pusiausvyros padėtį, o trauka tarp jų yra labai stipri. Todėl kietieji kūnai normaliomis sąlygomis išlaiko tūrį ir turi savo formą.

Šiluminė pusiausvyra yra termodinaminės sistemos būsena, į kurią ji spontaniškai pereina po pakankamai ilgo laiko izoliacijos nuo aplinkos sąlygomis.

Temperatūra – fizikinis dydis, apibūdinantis vidutinę makroskopinės sistemos dalelių kinetinę energiją termodinaminės pusiausvyros būsenoje. Pusiausvyros būsenoje temperatūra turi vienodą reikšmę visoms makroskopinėms sistemos dalims.

Celsijaus laipsnis(simbolis: °C) yra bendras temperatūros vienetas, naudojamas Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) kartu su kelvinais.

Gyvsidabrio medicininis termometras

Mechaninis termometras

Celsijaus laipsnis pavadintas švedų mokslininko Anderso Celsijaus vardu, kuris 1742 m. pasiūlė naują temperatūros matavimo skalę. Nulis Celsijaus skalėje buvo ledo lydymosi temperatūra, o 100° – vandens virimo temperatūra esant standartiniam atmosferos slėgiui. (Iš pradžių Celsijaus ledo lydymosi temperatūrą laikė 100 °, o vandens virimo temperatūrą 0 °. Ir tik vėliau jo amžininkas Carlas Linėjus „pervertė“ šią skalę). Ši skalė yra tiesinė diapazone nuo 0 iki 100°, taip pat tiesiškai tęsiasi srityje žemiau 0° ir virš 100°. Tiesiškumas yra pagrindinė tikslių temperatūros matavimų problema. Užtenka paminėti, kad klasikinis vandens pripildytas termometras negali būti pažymėtas žemesnei nei 4 laipsnių Celsijaus temperatūrai, nes šiame diapazone vanduo vėl pradeda plėstis.

Pradinis Celsijaus laipsnio apibrėžimas priklausė nuo standartinio atmosferos slėgio apibrėžimo, nes nuo slėgio priklauso ir vandens virimo, ir ledo lydymosi temperatūra. Tai nėra labai patogu standartizuoti matavimo vienetą. Todėl priėmus kelviną K kaip pagrindinį temperatūros vienetą, Celsijaus laipsnio apibrėžimas buvo peržiūrėtas.

Pagal šiuolaikinį apibrėžimą Celsijaus laipsnis yra lygus vienam kelvinui K, o Celsijaus skalės nulis nustatomas taip, kad vandens trigubo taško temperatūra būtų 0,01 °C. Dėl to Celsijaus ir Kelvino skalės pasislenka 273,15:

26)Idealios dujos- matematinis dujų modelis, kuriame daroma prielaida, kad galima nepaisyti potencialios molekulių sąveikos energijos, palyginti su jų kinetine energija. Tarp molekulių nėra traukos ar atstūmimo jėgų, dalelių susidūrimai tarpusavyje ir su indo sienelėmis yra absoliučiai elastingi, o molekulių sąveikos laikas yra nežymiai mažas, palyginti su vidutiniu laiku tarp susidūrimų.

Kur k yra Boltzmanno konstanta (universalios dujų konstantos santykis R iki Avogadro numerio N A), i- molekulių laisvės laipsnių skaičius (daugumoje problemų, susijusių su idealiosiomis dujomis, kai molekulės laikomos mažo spindulio sferomis, kurių fizikinis analogas gali būti inertinės dujos), ir T yra absoliuti temperatūra.

Pagrindinė MKT lygtis sujungia makroskopinius dujų sistemos parametrus (slėgį, tūrį, temperatūrą) su mikroskopiniais (molekulinė masė, vidutinis jų judėjimo greitis).

Fizika. Molekulės. Molekulių išsidėstymas dujiniu, skystu ir kietu atstumu.

1. 
   
   
2. Dujinėje būsenoje molekulės nesusijusios viena su kita, išsidėsčiusios dideliu atstumu viena nuo kitos. Brauno judesys. Dujas galima palyginti lengvai suspausti.
   Skystyje molekulės yra arti viena kitos, kartu vibruoja. Beveik nesuspaudžiamas.
   Kietoje medžiagoje – molekulės išsidėsčiusios griežta tvarka (kristalinėse gardelėse), molekulės nejuda. Suspaudimas nepasiduos.
3. Medžiagos sandara ir chemijos pradžia:
   http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
   (be registracijos ir SMS žinučių, patogiu teksto formatu: galite naudoti Ctrl+C)
4. Jokiu būdu negalima sutikti, kad kietoje būsenoje molekulės nejuda.

   Molekulių judėjimas dujose

   Dujose atstumas tarp molekulių ir atomų paprastai yra daug didesnis nei molekulių dydis, o traukos jėgos yra labai mažos. Todėl dujos neturi savo formos ir pastovaus tūrio. Dujos lengvai suspaudžiamos, nes atstūmimo jėgos dideliais atstumais taip pat yra mažos. Dujos turi savybę neribotai plėstis, užpildydamos visą joms suteiktą tūrį. Dujų molekulės juda labai dideliu greičiu, susiduria viena su kita, atsimuša viena nuo kitos skirtingomis kryptimis. Daugybė molekulių poveikio indo sienelėms sukuria dujų slėgį.

   Molekulių judėjimas skysčiuose

   Skysčiuose molekulės ne tik svyruoja aplink pusiausvyros padėtį, bet ir šokinėja iš vienos pusiausvyros padėties į kitą. Šie šuoliai vyksta periodiškai. Laiko intervalas tarp tokių šuolių vadinamas vidutiniu nusistovėjusio gyvenimo laiku (arba vidutiniu atsipalaidavimo laiku) ir žymimas raide?. Kitaip tariant, atsipalaidavimo laikas yra svyravimo aplink vieną konkrečią pusiausvyros padėtį laikas. Kambario temperatūroje šis laikas vidutiniškai yra 10–11 s. Vieno svyravimo laikas yra 10-1210-13 s.

   Nusistovėjimo laikas mažėja didėjant temperatūrai. Atstumas tarp skysčių molekulių yra mažesnis už molekulių dydį, dalelės yra arti viena kitos, o tarpmolekulinė trauka yra didelė. Tačiau skysčių molekulių išdėstymas nėra griežtai išdėstytas visame tūryje.

   Skysčiai, kaip ir kietos medžiagos, išlaiko savo tūrį, tačiau neturi savo formos. Todėl jie įgauna indo, kuriame jie yra, formą. Skystis turi takumo savybę. Dėl šios savybės skystis nesipriešina formos pokyčiams, mažai susispaudžia, o jo fizinės savybės yra vienodos visomis skysčio viduje kryptimis (skysčio izotropija). Molekulinio judėjimo skysčiuose prigimtį pirmasis nustatė sovietų fizikas Jakovas Iljičius Frenkelis (1894-1952).

   Molekulių judėjimas kietose medžiagose

   Kietojo kūno molekulės ir atomai yra išsidėstę tam tikra tvarka ir sudaro kristalinę gardelę. Tokios kietosios medžiagos vadinamos kristalinėmis. Atomai svyruoja apie pusiausvyros padėtį, o trauka tarp jų yra labai stipri. Todėl kietieji kūnai normaliomis sąlygomis išlaiko savo tūrį ir turi savo formą.

5. Dujiniu pavidalu judėkite atsitiktinai, supjaustykite
   Skysčiu juda vienas su kitu
   Kietoje – nejudėkite.

Molekulės kinetinė energija

Dujose molekulės atlieka laisvą (izoliuotą nuo kitų molekulių) judėjimą, tik karts nuo karto susidurdamos viena su kita arba su indo sienelėmis. Kol molekulė juda laisvai, ji turi tik kinetinę energiją. Susidūrimo metu molekulės taip pat turi potencialią energiją. Taigi bendra dujų energija yra jų molekulių kinetinės ir potencialios energijos suma. Kuo dujos retėja, tuo daugiau molekulių kiekvienu laiko momentu yra laisvo judėjimo būsenoje, turinčių tik kinetinę energiją. Vadinasi, retinant dujas, potencinės energijos dalis, lyginant su kinetine energija, mažėja.

Vidutinė molekulės kinetinė energija idealių dujų pusiausvyroje turi vieną labai svarbią savybę: skirtingų dujų mišinyje vidutinė molekulės kinetinė energija skirtingiems mišinio komponentams yra vienoda.

Pavyzdžiui, oras yra dujų mišinys. Vidutinė oro molekulės energija visiems jos komponentams normaliomis sąlygomis, kai oras vis dar gali būti laikomas idealiomis dujomis, yra vienoda. Šią idealių dujų savybę galima įrodyti remiantis bendrais statistiniais sumetimais. Iš to išplaukia svarbi pasekmė: jei dvi skirtingos dujos (skirtinguose induose) yra viena su kita šiluminėje pusiausvyroje, tai jų molekulių vidutinės kinetinės energijos yra vienodos.

Dujose atstumas tarp molekulių ir atomų dažniausiai yra daug didesnis nei pačių molekulių dydis, molekulių sąveikos jėgos nėra didelės. Dėl to dujos neturi savo formos ir pastovaus tūrio. Dujos lengvai suspaudžiamos ir gali neribotai plėstis. Dujų molekulės juda laisvai (vertinant – gali suktis), tik retkarčiais susidurdamos su kitomis molekulėmis ir indo, kuriame yra dujos, sienelėmis, juda labai dideliu greičiu.

Dalelių judėjimas kietose medžiagose

Kietųjų kūnų struktūra iš esmės skiriasi nuo dujų struktūros. Juose tarpmolekuliniai atstumai maži, o molekulių potenciali energija palyginama su kinetine. Atomai (ar jonai, ar visos molekulės) negali būti vadinami nejudriais, jie atlieka atsitiktinius svyruojančius judesius aplink savo vidurines pozicijas. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnė svyravimų energija, taigi ir vidutinė svyravimų amplitudė. Atomų šiluminiai virpesiai paaiškina ir kietųjų kūnų šiluminę talpą. Išsamiau panagrinėkime dalelių judėjimą kristalinėse kietosiose medžiagose. Visas kristalas kaip visuma yra labai sudėtinga sujungta virpesių sistema. Atomų nuokrypiai nuo vidutinių padėčių yra nedideli, todėl galime daryti prielaidą, kad atomai yra veikiami kvazielastingų jėgų, paklūstančių tiesiniam Huko dėsniui. Tokios svyruojančios sistemos vadinamos tiesinėmis.

Yra sukurta matematinė sistemų, veikiančių tiesiniams virpesiams, teorija. Tai įrodo labai svarbią teoremą, kurios esmė yra tokia. Jei sistema atlieka nedidelius (tiesinius) tarpusavyje susijusius virpesius, tai transformuojant koordinates galima formaliai redukuoti į nepriklausomų generatorių sistemą (kurių virpesių lygtys viena nuo kitos nepriklauso). Nepriklausomų osciliatorių sistema elgiasi kaip idealios dujos ta prasme, kad pastarųjų atomai taip pat gali būti laikomi nepriklausomais.

Naudodami dujų atomų nepriklausomybės idėją pasiekiame Boltzmanno dėsnį. Ši labai svarbi išvada suteikia paprastą ir patikimą pagrindą visai kietųjų kūnų teorijai.

Boltzmanno dėsnis

Osciliatorių su nurodytais parametrais (koordinatėmis ir greičiais) skaičius nustatomas taip pat, kaip ir dujų molekulių skaičius tam tikroje būsenoje, pagal formulę:

Osciliatoriaus energija.

Boltzmanno dėsnis (1) kietojo kūno teorijoje neturi apribojimų, tačiau generatoriaus energijos formulė (2) paimta iš klasikinės mechanikos. Teoriškai nagrinėjant kietąsias medžiagas, būtina remtis kvantine mechanika, kuriai būdingas diskretiškas osciliatoriaus energijos pokytis. Osciliatoriaus energijos diskretiškumas tampa nereikšmingas tik esant pakankamai didelėms jo energijos vertėms. Tai reiškia, kad (2) galima naudoti tik esant pakankamai aukštai temperatūrai. Esant aukštai kietos medžiagos temperatūrai, artimai lydymosi temperatūrai, Boltzmanno dėsnis reiškia vienodo energijos pasiskirstymo laisvės laipsniais dėsnį. Jei dujose kiekvienam laisvės laipsniui vidutiniškai yra energijos kiekis, lygus (1/2) kT, tada generatorius turi vieną laisvės laipsnį, be kinetinės, turi ir potencialią energiją. Todėl vieno laisvės laipsnio kietojoje medžiagoje pakankamai aukštoje temperatūroje energija lygi kT. Remiantis šiuo dėsniu, nesunku apskaičiuoti bendrą kietojo kūno vidinę energiją, o po jos ir šiluminę talpą. Kietosios medžiagos molyje yra NA atomų, o kiekvienas atomas turi tris laisvės laipsnius. Todėl apgame yra 3 NA generatoriai. Kieto kūno molinė energija

o kietosios medžiagos molinė šiluminė talpa pakankamai aukštoje temperatūroje

Patirtis patvirtina šį dėsnį.

Skysčiai užima tarpinę padėtį tarp dujų ir kietų medžiagų. Skysčio molekulės nesiskiria dideliais atstumais, o skystis normaliomis sąlygomis išlaiko savo tūrį. Tačiau skirtingai nei kietosios medžiagos, molekulės ne tik svyruoja, bet ir šokinėja iš vienos vietos į kitą, tai yra, atlieka laisvus judesius. Kai temperatūra pakyla, skysčiai užverda (yra vadinamoji virimo temperatūra) ir virsta dujomis. Temperatūrai nukritus, skysčiai kristalizuojasi ir tampa kietomis medžiagomis. Temperatūros lauke yra taškas, kuriame išnyksta riba tarp dujų (sočiųjų garų) ir skysčio (kritinis taškas). Molekulių šiluminio judėjimo modelis skysčiuose netoli kietėjimo temperatūros yra labai panašus į molekulių elgesį kietose medžiagose. Pavyzdžiui, šilumos talpos koeficientai beveik vienodi. Kadangi medžiagos šiluminė talpa lydymosi metu kinta nežymiai, galima daryti išvadą, kad dalelių judėjimo skystyje pobūdis artimas judėjimui kietoje medžiagoje (lydymosi temperatūroje). Kaitinant, skysčio savybės pamažu keičiasi ir jis tampa panašesnis į dujas. Skysčiuose vidutinė dalelių kinetinė energija yra mažesnė už potencialią jų tarpmolekulinės sąveikos energiją. Tarpmolekulinės sąveikos energija skysčiuose ir kietose medžiagose skiriasi nežymiai. Jei palygintume lydymosi šilumą ir garavimo šilumą, pamatytume, kad pereinant iš vienos agregacijos būsenos į kitą, lydymosi šiluma yra žymiai mažesnė už garavimo šilumą. Tinkamą matematinį skysčio struktūros aprašymą galima pateikti tik statistinės fizikos pagalba. Pavyzdžiui, jei skystis susideda iš identiškų sferinių molekulių, tai jo struktūrą galima apibūdinti radialinio pasiskirstymo funkcija g(r), kuri suteikia tikimybę rasti bet kurią molekulę atstumu r nuo duotosios, pasirinktos kaip atskaitos taškas. . Eksperimentiškai šią funkciją galima rasti tiriant rentgeno spindulių ar neutronų difrakciją, galima atlikti šios funkcijos kompiuterinį modeliavimą naudojant Niutono mechaniką.

Skysčių kinetinę teoriją sukūrė Ya.I. Frenkelis. Šioje teorijoje skystis, kaip ir kieto kūno atveju, laikomas dinamine harmoninių osciliatorių sistema. Tačiau skirtingai nuo kieto kūno, molekulių pusiausvyros padėtis skystyje yra laikina. Svyravusi aplink vieną padėtį, skysčio molekulė peršoka į naują vietą, esančią kaimynystėje. Toks šuolis atsiranda sunaudojant energiją. Vidutinį skysčio molekulės „nustatymo gyvenimą“ galima apskaičiuoti taip:

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

kur $t_0\ $ yra svyravimų aplink vieną pusiausvyros padėtį laikotarpis. Energija, kurią turi gauti molekulė, norėdama pereiti iš vienos padėties į kitą, vadinama aktyvacijos energija W, o laikas, per kurį molekulė yra pusiausvyros padėtyje, vadinamas „nusistovėjusio gyvenimo“ laiku t.

Pavyzdžiui, vandens molekulei kambario temperatūroje viena molekulė sukelia apie 100 vibracijų ir peršoka į naują padėtį. Skysčio molekulių traukos jėgos yra puikios norint išlaikyti tūrį, tačiau ribotas sėslus molekulių gyvenimas lemia tokio reiškinio kaip sklandumas atsiradimą. Dalelių virpesių metu šalia pusiausvyros padėties jos nuolat susiduria viena su kita, todėl net ir nedidelis skysčio suspaudimas sukelia staigų dalelių susidūrimų „užkietėjimą“. Tai reiškia staigų skysčio slėgio padidėjimą ant indo, kuriame jis suspaustas, sienelių.

1 pavyzdys

Užduotis: Nustatykite savitąją vario šiluminę talpą. Tarkime, kad vario temperatūra yra artima lydymosi temperatūrai. (Molinė vario masė $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$

Pagal Dulongo ir Petito dėsnį, chemiškai paprastų medžiagų molis, esantis artimoje lydymosi temperatūrai, turi šiluminę talpą:

Vario savitoji šiluminė talpa:

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

Atsakymas: savitoji vario šiluminė talpa yra 0,39 USD\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$

Užduotis: Supaprastintai fizikos požiūriu paaiškinkite druskos (NaCl) tirpimo vandenyje procesą.

Šiuolaikinės sprendimų teorijos pagrindą sukūrė D.I. Mendelejevas. Jis nustatė, kad tirpimo metu vienu metu vyksta du procesai: fizinis – tolygus ištirpusios medžiagos dalelių pasiskirstymas visame tirpalo tūryje ir cheminis – tirpiklio sąveika su ištirpusia medžiaga. Mus domina fizinis procesas. Druskos molekulės nesunaikina vandens molekulių. Tokiu atveju vandens išgaruoti būtų neįmanoma. Jei druskos molekulės būtų prijungtos prie vandens molekulių, gautume kažkokią naują medžiagą. Ir druskos molekulės negali prasiskverbti į vandens molekules.

Tarp chloro ir polinių vandens molekulių Na+ ir Cl- jonų susidaro jonų-dipolio jungtis. Pasirodo, jis yra stipresnis už joninius ryšius druskos molekulėse. Dėl šio proceso susilpnėja ryšys tarp NaCl kristalų paviršiuje esančių jonų, nuo kristalo atsiskiria natrio ir chloro jonai, aplink juos susidaro vandens molekulės, vadinamieji hidratacijos apvalkalai. Atskirti hidratuoti jonai, veikiami šiluminio judėjimo, tolygiai pasiskirsto tarp tirpiklio molekulių.