Хатуу, шингэн, хийд бөөмс хэрхэн байрладаг вэ? Шингэн. Шингэн дэх молекулуудын хөдөлгөөн Бодисын хийн төлөв молекулуудын зохион байгуулалт

Шингэн нь хий ба хатуу талст бодисын хооронд шинж чанар, бүтцийн хувьд завсрын байрлалыг эзэлдэг. Тиймээс энэ нь хийн болон хатуу бодисын аль алиных нь шинж чанартай байдаг. Молекул кинетик онолд бодисын өөр өөр агрегат төлөв нь молекулын дарааллын янз бүрийн зэрэгтэй холбоотой байдаг. Хатуу бодисын хувьд гэж нэрлэгддэг урт хугацааны захиалгабөөмсийн зохион байгуулалтанд, i.e. хол зайд давтагдах тэдний эмх цэгцтэй зохицуулалт. Шингэн дотор гэж нэрлэгддэг богино хугацааны захиалгабөөмсийн зохион байгуулалтанд, i.e. тэдгээрийн дараалсан зохион байгуулалт, зайд давтагдах нь атом хоорондын зохицуулалттай харьцуулж болно. Талсжих температуртай ойролцоо температурт шингэний бүтэц нь хатуу биеттэй ойролцоо байдаг. Өндөр температурт, буцалгах цэгт ойрхон, шингэний бүтэц нь хийн төлөвт тохирдог - бараг бүх молекулууд эмх замбараагүй дулааны хөдөлгөөнд оролцдог.

Шингэнүүд нь хатуу биеттэй адил тодорхой эзэлхүүнтэй байдаг ба хий шиг тэдгээр нь байрлах савны хэлбэрийг авдаг. Хийн молекулууд нь молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчээр хоорондоо бараг холбогддоггүй бөгөөд энэ тохиолдолд хийн молекулуудын дулааны хөдөлгөөний дундаж энерги нь тэдгээрийн хоорондох таталцлын хүчнээс үүдэлтэй дундаж боломжит энергиэс хамаагүй их байдаг тул хийн молекулууд тархдаг. өөр өөр чиглэлтэй бөгөөд хий нь түүнд өгсөн эзэлхүүнийг эзэлдэг. Хатуу болон шингэн биед молекулуудын хоорондох таталцлын хүч аль хэдийн чухал бөгөөд молекулуудыг бие биенээсээ тодорхой зайд байлгадаг. Энэ тохиолдолд молекулуудын дулааны хөдөлгөөний дундаж энерги нь молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчний нөлөөгөөр дундаж потенциал энергиэс бага байх ба молекулуудын хоорондох таталцлын хүчийг даван туулахад хангалтгүй тул хатуу болон шингэн нь тодорхой эзэлхүүнтэй байдаг. .

Температур нэмэгдэж, эзэлхүүн буурах тусам шингэн дэх даралт маш хурдан нэмэгддэг. Шингэн дэх молекулуудыг холбодог хүч нь илүү их байдаг тул шингэний эзэлхүүний тэлэлт нь уур, хийтэй харьцуулахад хамаагүй бага байдаг; ижил тайлбар нь дулааны тэлэлтэд хамаарна.

Шингэний дулааны багтаамж ихэвчлэн температурын дагуу нэмэгддэг (бага зэрэг). C p / C V харьцаа нь бараг нэгтэй тэнцүү байна.

Шингэний тухай онол өнөөг хүртэл бүрэн боловсруулагдаагүй байна. Шингэний нарийн төвөгтэй шинж чанарыг судлахад хэд хэдэн асуудлыг боловсруулах нь Я.И. Френкель (1894-1952). Тэрээр шингэн дэх дулааны хөдөлгөөнийг молекул бүр тодорхой тэнцвэрийн байрлалыг тойрон хэсэг хугацаанд хэлбэлзэж, дараа нь анхны байрлалаас атом хоорондын зайны дарааллын зайд байрлах шинэ байрлал руу үсэрдэгтэй холбон тайлбарлав. Тиймээс шингэний молекулууд шингэний массын туршид нэлээд удаан хөдөлдөг. Шингэний температур нэмэгдэхийн хэрээр хэлбэлзлийн хөдөлгөөний давтамж огцом нэмэгдэж, молекулуудын хөдөлгөөн нэмэгддэг.

Френкелийн загвар дээр үндэслэн зарим зүйлийг тайлбарлах боломжтой өвөрмөц онцлогшингэний шинж чанар. Тиймээс, эгзэгтэй температурын ойролцоо ч гэсэн шингэн нь илүү их байдаг зуурамтгай чанархийтэй харьцуулахад зуурамтгай чанар нь температур нэмэгдэх тусам буурдаг (хий шиг нэмэгдэхээс илүү). Үүнийг импульс дамжуулах үйл явцын өөр шинж чанараар тайлбарладаг: энэ нь нэг тэнцвэрийн төлөвөөс нөгөөд шилжих молекулуудаар дамждаг бөгөөд температур нэмэгдэх тусам эдгээр үсрэлтүүд улам бүр нэмэгддэг. Тархалтшингэнд зөвхөн молекулын үсрэлтээс болж үүсдэг бөгөөд энэ нь хийтэй харьцуулахад илүү удаан явагддаг. Дулаан дамжуулалтыншингэн нь өөр өөр далайцтай тэнцвэрийн байрлалынхаа эргэн тойронд хэлбэлзэж буй хэсгүүдийн хооронд кинетик энергийн солилцооны улмаас үүсдэг; молекулуудын огцом үсрэлт нь мэдэгдэхүйц үүрэг гүйцэтгэдэггүй. Дулаан дамжуулах механизм нь хий дэх түүний механизмтай төстэй. Шингэний онцлог шинж чанар нь түүний байх чадвар юм чөлөөт гадаргуу(хатуу ханаар хязгаарлагдахгүй).

Молекулын физик бол амархан!

Молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хүч

Бодисын бүх молекулууд бие биетэйгээ таталцлын болон түлхэлтийн хүчээр харилцан үйлчилдэг.
Молекулуудын харилцан үйлчлэлийн нотолгоо: чийгшүүлэх үзэгдэл, шахалт ба суналтын эсэргүүцэл, хатуу биет ба хийн шахалт багатай гэх мэт.
Молекулуудын харилцан үйлчлэлийн шалтгаан нь бодис дахь цэнэгтэй хэсгүүдийн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл юм.

Үүнийг хэрхэн тайлбарлах вэ?

Атом нь эерэг цэнэгтэй цөм ба сөрөг цэнэгтэй электрон бүрхүүлээс бүрдэнэ. Цөмийн цэнэг нь бүх электронуудын нийт цэнэгтэй тэнцүү тул атом бүхэлдээ цахилгаанаар саармаг байдаг.
Нэг буюу хэд хэдэн атомаас бүрдсэн молекул нь мөн цахилгаан саармаг юм.

Хоёр хөдөлгөөнгүй молекулын жишээн дээр молекулуудын харилцан үйлчлэлийг авч үзье.

Байгаль дээрх биетүүдийн хооронд таталцлын болон цахилгаан соронзон хүч байж болно.
Молекулуудын масс маш бага тул молекулуудын хоорондын таталцлын харилцан үйлчлэлийн үл тоомсорлох хүчийг үл тоомсорлож болно.

Маш хол зайд молекулуудын хооронд цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл байдаггүй.

Гэхдээ молекулуудын хоорондох зай багасах тусам молекулууд өөр хоорондоо ялгаатай шинж тэмдгийн цэнэгтэй байхаар чиглүүлж эхэлдэг (ерөнхийдөө молекулууд төвийг сахисан хэвээр байгаа), молекулуудын хооронд татах хүч үүсдэг.

Молекулуудын хоорондох зай улам бүр багасах тусам молекулуудын атомуудын сөрөг цэнэгтэй электрон бүрхүүлүүдийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд түлхэх хүч үүсдэг.

Үүний үр дүнд молекулд таталцлын болон түлхэлтийн хүчний нийлбэр нөлөөлнө. Холын зайд татах хүч давамгайлдаг (2-3 молекулын диаметрийн зайд таталцал хамгийн их байдаг), богино зайд түлхэх хүч давамгайлдаг.

Молекулуудын хооронд ийм зай байдаг бөгөөд энэ үед таталцлын хүч нь түлхэлтийн хүчтэй тэнцүү болдог. Молекулуудын энэ байрлалыг тогтвортой тэнцвэрийн байрлал гэж нэрлэдэг.

Бие биенээсээ хол зайд байрладаг, цахилгаан соронзон хүчээр холбогдсон молекулууд потенциал энергитэй байдаг.
Тогтвортой тэнцвэрийн байрлалд молекулуудын боломжит энерги хамгийн бага байдаг.

Бодисын хувьд молекул бүр нь хөрш зэргэлдээ олон молекулуудтай нэгэн зэрэг харилцан үйлчилдэг бөгөөд энэ нь молекулуудын хамгийн бага потенциал энергийн утгад нөлөөлдөг.

Үүнээс гадна, бодисын бүх молекулууд тасралтгүй хөдөлгөөнд байдаг, өөрөөр хэлбэл. кинетик энергитэй байдаг.

Тиймээс бодисын бүтэц, түүний шинж чанарыг (хатуу, шингэн, хийн биетүүд) молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хамгийн бага боломжит энерги ба молекулуудын дулааны хөдөлгөөний кинетик энергийн харьцаагаар тодорхойлно.

Хатуу, шингэн, хийн биетүүдийн бүтэц, шинж чанар

Биеийн бүтцийг биеийн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл, тэдгээрийн дулааны хөдөлгөөний шинж чанараар тайлбарладаг.

Хатуу

Хатуу бодис нь тогтмол хэлбэр, эзэлхүүнтэй бөгөөд бараг шахагдах боломжгүй байдаг.
Молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хамгийн бага боломжит энерги нь молекулуудын кинетик энергиээс их байдаг.
Бөөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэл.

Хатуу бие дэх молекулуудын дулааны хөдөлгөөнийг зөвхөн тогтвортой тэнцвэрийн байрлалын эргэн тойронд бөөмсийн (атом, молекул) хэлбэлзлээр илэрхийлдэг.

Их хэмжээний таталцлын хүчнээс болж молекулууд бодис дахь байрлалаа бараг өөрчилж чадахгүй бөгөөд энэ нь хатуу биетийн хэмжээ, хэлбэрийн өөрчлөгддөггүй байдлыг тайлбарладаг.

Ихэнх хатуу биетүүд ердийн болор тор үүсгэдэг бөөмсийн орон зайн дарааллаар байрласан байдаг. Бодисын тоосонцор (атом, молекул, ион) орой дээр байрладаг - болор торны зангилаанууд. Кристал торны зангилаа нь бөөмсийн тогтвортой тэнцвэрийн байрлалтай давхцдаг.
Ийм хатуу бодисыг талст гэж нэрлэдэг.

Шингэн

Шингэн нь тодорхой эзэлхүүнтэй боловч өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаггүй, тэдгээр нь байрладаг савны хэлбэрийг авдаг.
Молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хамгийн бага боломжит энерги нь молекулуудын кинетик энергитэй харьцуулж болно.
Сул бөөмийн харилцан үйлчлэл.
Шингэн дэх молекулуудын дулааны хөдөлгөөнийг молекулын хөршүүдийн эзэлхүүн дэх тогтвортой тэнцвэрийн байрлалын эргэн тойрон дахь хэлбэлзлээр илэрхийлдэг.

Молекулууд нь бодисын бүх эзэлхүүнээр чөлөөтэй хөдөлж чадахгүй ч молекулууд хөрш зэргэлдээ газар руу шилжих боломжтой. Энэ нь шингэний шингэн, хэлбэрээ өөрчлөх чадварыг тайлбарладаг.

Шингэний хувьд молекулууд бие биендээ татах хүчний нөлөөгөөр нэлээд хүчтэй холбогддог бөгөөд энэ нь шингэний эзэлхүүний үл өөрчлөгдөх байдлыг тайлбарладаг.

Шингэний хувьд молекулуудын хоорондох зай нь молекулын диаметртэй ойролцоогоор тэнцүү байна. Молекулуудын хоорондох зай багасч (шингэнийг шахах) түлхэх хүч огцом нэмэгддэг тул шингэн нь шахагдах боломжгүй болдог.

Бүтэц, дулааны хөдөлгөөний шинж чанарын хувьд шингэн нь хатуу болон хийн хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг.
Хэдийгээр шингэн ба хий хоёрын ялгаа нь шингэн ба хатуу биетээс хамаагүй их байдаг. Жишээлбэл, хайлах эсвэл талсжих үед биеийн эзэлхүүн нь ууршилт эсвэл конденсацийн үеийнхээс хэд дахин бага өөрчлөгддөг.

Хий нь тогтмол эзэлхүүнтэй байдаггүй бөгөөд тэдгээр нь байрладаг савны бүх эзэлхүүнийг эзэлдэг.
Молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хамгийн бага боломжит энерги нь молекулуудын кинетик энергиээс бага байна.
Бодисын хэсгүүд бараг харилцан үйлчилдэггүй.
Хий нь молекулуудын зохион байгуулалт, хөдөлгөөний бүрэн эмгэгээр тодорхойлогддог.

Хатуу биеийн молекул, атомууд нь тодорхой дараалал, хэлбэрээр байрладаг болор тор. Ийм хатуу бодисыг талст гэж нэрлэдэг. Атомууд тэнцвэрийн байрлалд хэлбэлздэг бөгөөд тэдгээрийн хоорондын таталцал маш хүчтэй байдаг. Тиймээс хэвийн нөхцөлд хатуу биетүүд эзэлхүүнийг хадгалж, өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаг.

Дулааны тэнцвэр нь хүрээлэн буй орчноос тусгаарлагдсан нөхцөлд хангалттай урт хугацааны дараа аяндаа дамждаг термодинамик системийн төлөв юм.

Температур гэдэг нь термодинамикийн тэнцвэрт байдалд байгаа макроскоп системийн бөөмсийн дундаж кинетик энергийг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн юм. Тэнцвэрийн төлөвт температур нь системийн бүх макроскоп хэсгүүдийн хувьд ижил утгатай байна.

Цельсийн градус(тэмдэг: °C) нь Келвинтэй хамт Олон улсын нэгжийн системд (SI) хэрэглэгддэг нийтлэг температурын нэгж юм.

Мөнгөн усны эмнэлгийн термометр

Механик термометр

Цельсийн хэмийг 1742 онд температурыг хэмжих шинэ хуваарийг санал болгосон Шведийн эрдэмтэн Андерс Цельсийн нэрээр нэрлэжээ. Цельсийн хэмжүүрээр тэг нь мөс хайлах цэг, 100 хэм нь атмосферийн стандарт даралт дахь усны буцлах цэг байв. (Эхэндээ Цельсиус мөсний хайлах температурыг 100 хэм, усны буцлах цэгийг 0 хэм гэж тооцдог байсан. Зөвхөн дараа нь түүний орчин үеийн Карл Линней энэ хэмжүүрийг "эргэв"). Энэ хуваарь нь 0-100°-ийн мужид шугаман бөгөөд 0°-аас доош ба 100°-аас дээш бүсэд шугаман байдлаар үргэлжилнэ. Шугаман чанар нь температурыг үнэн зөв хэмжих гол асуудал юм. Усаар дүүргэсэн сонгодог термометрийг 4 хэмээс доош температурт тэмдэглэж болохгүй, учир нь энэ мужид ус дахин өргөжиж эхэлдэг гэдгийг дурдахад хангалттай.

Цельсийн градусын анхны тодорхойлолт нь атмосферийн стандарт даралтын тодорхойлолтоос хамаардаг, учир нь усны буцлах цэг, мөсний хайлах цэг хоёулаа даралтаас хамаардаг. Хэмжих нэгжийг стандартчилахад энэ нь тийм ч тохиромжтой биш юм. Тиймээс Келвин К-ийг температурын үндсэн нэгж болгон баталсны дараа Цельсийн градусын тодорхойлолтыг шинэчилсэн.

Орчин үеийн тодорхойлолтоор Цельсийн градус нь нэг келвин К-тэй тэнцүү бөгөөд Цельсийн хуваарийн тэгийг усны гурвалсан цэгийн температур 0.01 ° C байхаар тогтоосон. Үүний үр дүнд Цельсийн болон Келвин хэмжүүр 273.15-аар шилжсэн байна.

26)Хамгийн тохиромжтой хий- молекулуудын харилцан үйлчлэлийн боломжит энергийг тэдний кинетик энергитэй харьцуулахад үл тоомсорлож болно гэж үздэг хийн математик загвар. Таталцал эсвэл түлхэлтийн хүч нь молекулуудын хооронд үйлчилдэггүй, бөөмсийн хооронд болон хөлөг онгоцны ханатай мөргөлдөх нь туйлын уян хатан бөгөөд молекулуудын харилцан үйлчлэх хугацаа нь мөргөлдөөний хоорондох дундаж хугацаатай харьцуулахад өчүүхэн бага байдаг.

Хаана кбол Больцманы тогтмол (бүх нийтийн хийн тогтмолын харьцаа РАвогадрогийн тоонд Н А), би- молекулуудын чөлөөт байдлын зэрэг (идеал хийтэй холбоотой ихэнх асуудалд молекулууд нь жижиг радиустай бөмбөрцөг гэж үздэг бөгөөд тэдгээрийн физик аналог нь инертийн хий байж болно) ба Түнэмлэхүй температур юм.

MKT-ийн үндсэн тэгшитгэл нь хийн системийн макроскопийн параметрүүдийг (даралт, эзэлхүүн, температур) микроскоптой (молекулын масс, тэдгээрийн хөдөлгөөний дундаж хурд) холбодог.

Физик. Молекулууд. Хий, шингэн, хатуу зайд молекулуудын байрлал.

1. 
   
   
2. Хийн төлөвт молекулууд хоорондоо холбоогүй, бие биенээсээ хол зайд байрладаг. Брауны хөдөлгөөн. Хийг харьцангуй амархан шахаж болно.
   Шингэн дотор молекулууд хоорондоо ойрхон, чичиргээ хийдэг. Бараг шахагдах боломжгүй.
   Хатуу биед - молекулууд нь хатуу дарааллаар байрладаг (болор торонд), молекулуудын хөдөлгөөн байхгүй. Шахалт нь бууж өгөхгүй.
3. Бодисын бүтэц, химийн эхлэл:
   http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
   (Бүртгэл болон SMS мессежгүйгээр, тохиромжтой текст форматаар: та Ctrl+C ашиглаж болно)
4. Хатуу төлөвт молекулууд хөдөлдөггүй гэдэгтэй санал нийлэх ямар ч боломжгүй.

   Хийн дэх молекулуудын хөдөлгөөн

   Хийн хувьд молекул ба атомын хоорондох зай нь ихэвчлэн молекулуудын хэмжээнээс хамаагүй том бөгөөд татах хүч нь маш бага байдаг. Тиймээс хий нь өөрийн гэсэн хэлбэр, тогтмол эзэлхүүнтэй байдаггүй. Холын зайд түлхэх хүч нь бас бага байдаг тул хий амархан шахагддаг. Хий нь тодорхойгүй хугацаагаар өргөжиж, тэдэнд өгсөн бүхэл бүтэн эзэлхүүнийг дүүргэх шинж чанартай байдаг. Хийн молекулууд маш өндөр хурдтай хөдөлж, бие биетэйгээ мөргөлдөж, өөр өөр чиглэлд бие биенээсээ үсэрдэг. Савны хананд молекулуудын олон тооны нөлөөлөл нь хийн даралтыг үүсгэдэг.

   Шингэн дэх молекулуудын хөдөлгөөн

   Шингэний хувьд молекулууд тэнцвэрийн байрлалыг тойрон хэлбэлзээд зогсохгүй нэг тэнцвэрийн байрлалаас нөгөө байрлал руу үсэрдэг. Эдгээр үсрэлтүүд үе үе тохиолддог. Ийм үсрэлтийн хоорондох хугацааны интервалыг суурин амьдралын дундаж хугацаа (эсвэл амрах дундаж хугацаа) гэж нэрлэдэг ба үсгээр тэмдэглэнэ. Өөрөөр хэлбэл, амрах хугацаа нь тодорхой тэнцвэрийн байрлалын эргэн тойронд хэлбэлзэх хугацаа юм. Өрөөний температурт энэ хугацаа дунджаар 10-11 секунд байна. Нэг хэлбэлзлийн хугацаа 10-1210-13 секунд байна.

   Суурин амьдралын хугацаа температур нэмэгдэх тусам буурдаг. Шингэний молекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс бага, бөөмс нь хоорондоо ойрхон, молекул хоорондын таталцал ихтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч шингэний молекулуудын зохион байгуулалт нь эзэлхүүний туршид хатуу дараалагддаггүй.

   Шингэн нь хатуу биеттэй адил эзэлхүүнээ хадгалдаг боловч өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаггүй. Тиймээс тэдгээр нь байрладаг хөлөг онгоцны хэлбэрийг авдаг. Шингэн нь шингэний шинж чанартай байдаг. Энэ шинж чанараас шалтгаалан шингэн нь хэлбэрийн өөрчлөлтийг эсэргүүцдэггүй, бага зэрэг шахдаг, түүний физик шинж чанар нь шингэний доторх бүх чиглэлд ижил байдаг (шингэний изотропи). Шингэн дэх молекулын хөдөлгөөний мөн чанарыг анх Зөвлөлтийн физикч Яков Ильич Френкель (1894-1952) тогтоожээ.

   Хатуу биет дэх молекулуудын хөдөлгөөн

   Хатуу биеийн молекул, атомууд тодорхой дарааллаар байрлаж, болор тор үүсгэдэг. Ийм хатуу бодисыг талст гэж нэрлэдэг. Атомууд тэнцвэрийн байрлалд хэлбэлздэг бөгөөд тэдгээрийн хоорондын таталцал маш хүчтэй байдаг. Тиймээс хэвийн нөхцөлд хатуу биетүүд эзлэхүүнээ хадгалж, өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаг.

5. Хийн хэлбэрээр санамсаргүй байдлаар хөдөлж, зүснэ
   Бие биедээ нийцүүлэн хөдөлж буй шингэнд
   Хатуу хэлбэрээр - бүү хөдөл.

Молекулын кинетик энерги

Хийн дотор молекулууд нь чөлөөт (бусад молекулуудаас тусгаарлагдсан) хөдөлгөөнийг гүйцэтгэдэг бөгөөд зөвхөн үе үе бие биетэйгээ эсвэл савны ханатай мөргөлддөг. Молекул чөлөөт хөдөлгөөнд байх үед зөвхөн кинетик энергитэй байдаг. Мөргөлдөөний үед молекулууд бас боломжит энергитэй байдаг. Тиймээс хийн нийт энерги нь түүний молекулуудын кинетик ба потенциал энергийн нийлбэр юм. Хий нь цөөрөх тусам цаг мөч бүрт илүү олон молекулууд зөвхөн кинетик энергитэй чөлөөтэй хөдөлгөөнтэй байдаг. Үүний үр дүнд хий ховордох үед кинетик энергитэй харьцуулахад потенциал энергийн эзлэх хувь буурдаг.

Идеал хийн тэнцвэрт байдалд байгаа молекулын дундаж кинетик энерги нь нэг чухал шинж чанартай байдаг: өөр өөр хийн хольцод хольцын өөр өөр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн молекулын дундаж кинетик энерги ижил байна.

Жишээлбэл, агаар нь хийн хольц юм. Агаарыг хамгийн тохиромжтой хий гэж үзэх боломжтой хэвийн нөхцөлд агаарын молекулын бүх бүрэлдэхүүн хэсгийн дундаж энерги ижил байна. Идеал хийн энэ шинж чанарыг ерөнхий статистикийн үндэслэлээр баталж болно. Үүнээс чухал үр дагавар гарч ирдэг: хэрэв хоёр өөр хий (өөр өөр саванд) бие биетэйгээ дулааны тэнцвэрт байдалд байгаа бол тэдгээрийн молекулуудын дундаж кинетик энерги ижил байна.

Хийн хувьд молекул ба атомын хоорондох зай нь ихэвчлэн молекулуудын хэмжээнээс хамаагүй их байдаг, молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хүч тийм ч их биш байдаг. Үүний үр дүнд хий нь өөрийн гэсэн хэлбэр, тогтмол эзэлхүүнтэй байдаггүй. Хий нь амархан шахагддаг бөгөөд тодорхойгүй хугацаагаар тэлэх боломжтой. Хийн молекулууд чөлөөтэй хөдөлдөг (орчуулгын хувьд тэд эргэлдэж болно), зөвхөн хааяа бусад молекулууд болон хий байрладаг савны ханатай мөргөлдөж, маш өндөр хурдтайгаар хөдөлдөг.

Хатуу биет дэх бөөмийн хөдөлгөөн

Хатуу бодисын бүтэц нь хийн бүтцээс үндсэндээ ялгаатай. Тэдгээрийн дотор молекул хоорондын зай бага бөгөөд молекулуудын боломжит энерги нь кинетиктэй харьцуулах боломжтой байдаг. Атомуудыг (эсвэл ионууд эсвэл бүхэл молекулуудыг) хөдөлгөөнгүй гэж нэрлэх боломжгүй, тэд дунд байрлалынхаа эргэн тойронд санамсаргүй хэлбэлзэлтэй хөдөлгөөн хийдэг. Температур өндөр байх тусам хэлбэлзлийн энерги ихсэж, хэлбэлзлийн дундаж далайц нэмэгддэг. Атомын дулааны чичиргээ нь мөн хатуу биетүүдийн дулааны багтаамжийг тайлбарладаг. Кристал биет дэх бөөмсийн хөдөлгөөнийг илүү нарийвчлан авч үзье. Бүхэл бүтэн болор нь маш нарийн төвөгтэй хосолсон хэлбэлзлийн систем юм. Атомуудын дундаж байрлалаас хазайх нь бага байдаг тул атомууд нь Шугаман Хукийн хуулийг дагаж мөрддөг бараг уян харимхай хүчний үйлчлэлд өртдөг гэж бид үзэж болно. Ийм хэлбэлзлийн системийг шугаман гэж нэрлэдэг.

Шугаман хэлбэлзэлтэй системүүдийн математикийн онол хөгжсөн байдаг. Энэ нь маш чухал теоремыг баталж байгаа бөгөөд түүний мөн чанар нь дараах байдалтай байна. Хэрэв систем нь жижиг (шугаман) харилцан уялдаатай хэлбэлзлийг гүйцэтгэдэг бол координатыг өөрчилснөөр бие даасан осцилляторын систем болгон албан ёсоор бууруулж болно (түүний хувьд хэлбэлзлийн тэгшитгэл нь бие биенээсээ хамаардаггүй). Бие даасан осцилляторын систем нь хамгийн тохиромжтой хий шиг ажилладаг тул сүүлчийн атомуудыг бие даасан гэж үзэж болно.

Энэ нь хийн атомуудын бие даасан байдлын санааг ашиглан Больцманы хуульд хүрч байна. Энэхүү маш чухал дүгнэлт нь хатуу биетүүдийн бүхэл бүтэн онолын энгийн бөгөөд найдвартай үндэслэл болж өгдөг.

Больцманы хууль

Өгөгдсөн параметрүүд (координат ба хурд) бүхий осцилляторын тоог өгөгдсөн төлөвт байгаа хийн молекулуудын тоотой адил томъёоны дагуу тодорхойлно.

Осцилляторын энерги.

Хатуу биеийн онолын Больцманы хууль (1) нь хязгаарлалтгүй боловч осцилляторын энергийн томъёог (2) сонгодог механикаас авсан болно. Хатуу биетийг онолын хувьд авч үзэхдээ осцилляторын энергийн салангид өөрчлөлтөөр тодорхойлогддог квант механикт найдах шаардлагатай. Осцилляторын энергийн салангид байдал нь түүний энергийн хангалттай өндөр утгын үед л ач холбогдолгүй болдог. Энэ нь (2)-ыг зөвхөн хангалттай өндөр температурт ашиглах боломжтой гэсэн үг юм. Хайлах цэгт ойрхон хатуу биетийн өндөр температурт Больцманы хууль нь энергийн эрх чөлөөний зэрэгт жигд тархах хуулийг илэрхийлдэг. Хэрэв хийнүүдэд эрх чөлөөний зэрэг тус бүрийн хувьд дунджаар (1/2) кТ-тэй тэнцэх хэмжээний энерги байгаа бол осциллятор нь кинетикээс гадна боломжит энергитэй байдаг. Иймд хангалттай өндөр температурт хатуу биет дэх чөлөөт нэг зэрэг нь кТ-тэй тэнцүү энергитэй байдаг. Энэ хуульд үндэслэн хатуу биетийн нийт дотоод энерги, түүний дараа дулаан багтаамжийг тооцоолоход хэцүү биш юм. Нэг моль хатуу биет нь NA атом агуулдаг бөгөөд атом бүр гурван зэрэг эрх чөлөөтэй байдаг. Тиймээс мэнгэ нь 3 NA осцилляторыг агуулдаг. Хатуу биеийн мэнгэ энерги

мөн хангалттай өндөр температурт хатуу биетийн молийн дулаан багтаамж

Туршлага энэ хуулийг баталж байна.

Шингэн нь хий ба хатуу бодисын хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг. Шингэний молекулууд хол зайд хуваагддаггүй бөгөөд хэвийн нөхцөлд шингэн нь эзэлхүүнээ хадгалдаг. Гэхдээ хатуу биетүүдээс ялгаатай нь молекулууд нь зөвхөн хэлбэлзээд зогсохгүй нэг газраас нөгөө рүү үсэрч, өөрөөр хэлбэл чөлөөтэй хөдөлгөөн хийдэг. Температур нэмэгдэхэд шингэн нь буцалгана (буцлах цэг гэж нэрлэгддэг) ба хий болж хувирдаг. Температур буурахад шингэн нь талсжиж хатуу болдог. Температурын талбарт хий (ханасан уур) ба шингэний хоорондох зааг алга болдог (эгзэгтэй цэг) цэг байдаг. Хатуужих температурын ойролцоо шингэн дэх молекулуудын дулааны хөдөлгөөний загвар нь хатуу биет дэх молекулуудын зан үйлтэй маш төстэй юм. Жишээлбэл, дулааны багтаамжийн коэффициентүүд бараг ижил байна. Хайлах үед бодисын дулаан багтаамж бага зэрэг өөрчлөгддөг тул шингэн дэх хэсгүүдийн хөдөлгөөний шинж чанар нь хатуу биет дэх хөдөлгөөнтэй (хайлах температурт) ойрхон байна гэж дүгнэж болно. Халах үед шингэний шинж чанар аажмаар өөрчлөгдөж, хий шиг болдог. Шингэн дэх бөөмсийн дундаж кинетик энерги нь тэдгээрийн молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн боломжит энергиэс бага байдаг. Шингэн ба хатуу биет дэх молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн энерги нь бага зэрэг ялгаатай байдаг. Хэрэв бид хайлуулах дулаан болон ууршилтын дулааныг харьцуулж үзвэл нэгтгэх нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих үед хайлалтын дулаан ууршилтын дулаанаас хамаагүй бага байгааг харах болно. Шингэний бүтцийн хангалттай математик тайлбарыг зөвхөн статистик физикийн тусламжтайгаар өгч болно. Жишээлбэл, хэрэв шингэн нь ижил бөмбөрцөг молекулуудаас тогтдог бол түүний бүтцийг радиаль тархалтын функцээр g(r) тодорхойлж болох бөгөөд энэ нь өгөгдсөнөөс r зайд ямар нэгэн молекулыг олох магадлалыг өгч, лавлах цэг болгон сонгосон. . Туршилтаар энэ функцийг рентген туяа эсвэл нейтроны дифракцийг судлах замаар олж болно; Ньютоны механик ашиглан энэ функцийг компьютерийн загварчлал хийх боломжтой.

Шингэний кинетик онолыг Я.И. Френкел. Энэ онолд шингэнийг хатуу биетийн нэгэн адил гармоник осцилляторын динамик систем гэж үздэг. Гэхдээ хатуу биетээс ялгаатай нь шингэн дэх молекулуудын тэнцвэрт байдал нь түр зуурынх юм. Нэг байрлалыг тойрон хэлбэлзсэний дараа шингэний молекул ойр орчмын газарт байрлах шинэ байрлал руу үсэрдэг. Ийм үсрэлт нь эрчим хүчний зарцуулалтад тохиолддог. Шингэний молекулын дундаж "суурин амьдрах" хугацааг дараах байдлаар тооцоолж болно.

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

Энд $t_0\ $ нь тэнцвэрийн нэг байрлалыг тойрсон хэлбэлзлийн үе юм. Молекул нэг байрлалаас нөгөө байрлалд шилжихийн тулд авах ёстой энергийг идэвхжүүлэх энерги W, молекулын тэнцвэрт байдалд байх хугацааг t “суурин амьдрах” хугацаа гэнэ.

Усны молекулын хувьд, жишээлбэл, өрөөний температурт нэг молекул 100 орчим чичиргээ хийж, шинэ байрлал руу үсэрдэг. Шингэний молекулуудын хоорондох таталцлын хүч нь эзэлхүүнийг хадгалахад маш их байдаг боловч молекулуудын хязгаарлагдмал суурин амьдрал нь шингэн гэх мэт үзэгдэл үүсэхэд хүргэдэг. Тэнцвэрийн байрлалын ойролцоо бөөмсийн хэлбэлзлийн үед тэдгээр нь хоорондоо байнга мөргөлддөг тул шингэнийг бага зэрэг шахах нь бөөмийн мөргөлдөөнийг огцом "хатууруулахад" хүргэдэг. Энэ нь шингэний даралтыг шахаж буй савны хананд огцом нэмэгдүүлнэ гэсэн үг юм.

Жишээ 1

Даалгавар: Зэсийн хувийн дулаан багтаамжийг тодорхойлох. Зэсийн температур хайлах цэгт ойрхон байна гэж үзье. (Зэсийн молийн масс $\му =63\cdot 10^(-3)\фрак(кг)(моль))$

Дулонг ба Петитийн хуулийн дагуу хайлах цэгт ойрхон температурт химийн энгийн бодисын моль нь дулааны багтаамжтай байдаг.

Зэсийн хувийн дулаан багтаамж:

\[C=\frac(c)(\mu )\to C=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[C=\frac(3\cdot 8,31) (63\cdot 10^(-3))=0.39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]

Хариулт: Зэсийн хувийн дулаан багтаамж нь $0.39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$

Даалгавар: Усанд давс (NaCl) уусах үйл явцыг физикийн үүднээс хялбаршуулсан байдлаар тайлбарла.

Орчин үеийн шийдлийн онолын үндэс суурийг Д.И. Менделеев. Тэрээр татан буулгах явцад хоёр процесс нэгэн зэрэг явагддаг: физик - ууссан бодисын хэсгүүдийн уусмалын эзлэхүүн дэх жигд тархалт, химийн - уусгагч нь ууссан бодистой харилцан үйлчлэх. Бид бие махбодийн үйл явцыг сонирхож байна. Давсны молекулууд усны молекулуудыг устгадаггүй. Энэ тохиолдолд усыг ууршуулах боломжгүй болно. Хэрэв давсны молекулууд усны молекулд наалдсан бол бид шинэ бодис авах байсан. Мөн давсны молекулууд усны молекул дотор нэвтэрч чадахгүй.

Хлор ба туйлын усны молекулуудын Na+ ба Cl-ийн хооронд ион-диполь холбоо үүсдэг. Энэ нь давсны молекул дахь ионы холбооноос илүү хүчтэй болж хувирав. Энэ үйл явцын үр дүнд NaCl талстуудын гадаргуу дээр байрлах ионуудын хоорондын холбоо суларч, натри, хлорын ионууд талстаас салж, усны молекулууд тэдгээрийн эргэн тойронд гидрацийн бүрхүүл гэж нэрлэгддэг бүрхүүл үүсгэдэг. Дулааны хөдөлгөөний нөлөөн дор тусгаарлагдсан гидратжуулсан ионууд нь уусгагч молекулуудын дунд жигд тархсан байна.