Struktura e gazeve, e lengjeve dhe e solideve.
Parimet themelore të teorisë kinetike molekulare:
Të gjitha substancat përbëhen nga molekula, dhe molekulat përbëhen nga atome,
atomet dhe molekulat janë në lëvizje të vazhdueshme,
Ekzistojnë forca tërheqëse dhe zmbrapsëse midis molekulave.
NË gazrat molekulat lëvizin në mënyrë kaotike, distancat midis molekulave janë të mëdha, forcat molekulare janë të vogla, gazi zë të gjithë vëllimin që i jepet.
NË lëngjeve molekulat janë rregulluar në mënyrë të rregullt vetëm në distanca të shkurtra, dhe në distanca të mëdha shkelet rendi (simetria) e rregullimit - "rendi me rreze të shkurtër". Forcat e tërheqjes molekulare i mbajnë molekulat afër njëra-tjetrës. Lëvizja e molekulave është "kërcim" nga një pozicion i qëndrueshëm në tjetrin (zakonisht brenda një shtrese. Kjo lëvizje shpjegon rrjedhshmërinë e një lëngu. Një lëng nuk ka formë, por ka vëllim.
Lëndët e ngurta janë substanca që ruajnë formën e tyre, të ndara në kristalore dhe amorfe. Lëndët e ngurta kristalore trupat kanë një rrjetë kristalore, në nyjet e së cilës mund të ketë jone, molekula ose atome.Ato luhaten në raport me pozicionet e qëndrueshme të ekuilibrit.. Rrjetat kristalore kanë një strukturë të rregullt në të gjithë vëllimin - "rendi me rreze të gjatë" të renditjes.
Trupa amorfë ruajnë formën e tyre, por nuk kanë një rrjetë kristali dhe, si rezultat, nuk kanë një pikë shkrirjeje të theksuar. Ata quhen lëngje të ngrira, pasi ato, si lëngjet, kanë një rend "me rreze të shkurtër" të rregullimit molekular.
Forcat e ndërveprimit molekular
Të gjitha molekulat e një substance ndërveprojnë me njëra-tjetrën përmes forcave të tërheqjes dhe zmbrapsjes. Dëshmi e bashkëveprimit të molekulave: dukuria e lagështimit, rezistenca ndaj ngjeshjes dhe tensionit, kompresueshmëria e ulët e lëndëve të ngurta dhe gazeve, etj. Arsyeja e bashkëveprimit të molekulave është ndërveprimet elektromagnetike të grimcave të ngarkuara në një substancë. Si të shpjegohet kjo? Një atom përbëhet nga një bërthamë e ngarkuar pozitivisht dhe një shtresë elektronike e ngarkuar negativisht. Ngarkesa e bërthamës është e barabartë me ngarkesën totale të të gjitha elektroneve, kështu që atomi në tërësi është elektrikisht neutral. Një molekulë e përbërë nga një ose më shumë atome është gjithashtu elektrikisht neutrale. Le të shqyrtojmë ndërveprimin midis molekulave duke përdorur shembullin e dy molekulave të palëvizshme. Forcat gravitacionale dhe elektromagnetike mund të ekzistojnë midis trupave në natyrë. Meqenëse masat e molekulave janë jashtëzakonisht të vogla, forcat e papërfillshme të ndërveprimit gravitacional midis molekulave mund të injorohen. Në distanca shumë të mëdha gjithashtu nuk ka ndërveprim elektromagnetik midis molekulave. Por, ndërsa distanca ndërmjet molekulave zvogëlohet, molekulat fillojnë të orientohen në atë mënyrë që anët e tyre përballë njëra-tjetrës do të kenë ngarkesa të shenjave të ndryshme (në përgjithësi, molekulat mbeten neutrale), dhe forcat tërheqëse lindin midis molekulave. Me një ulje edhe më të madhe të distancës midis molekulave, forcat refuzuese lindin si rezultat i bashkëveprimit të predhave elektronike të ngarkuara negativisht të atomeve të molekulave. Si rezultat, molekula veprohet nga shuma e forcave të tërheqjes dhe zmbrapsjes. Në distanca të mëdha, forca e tërheqjes mbizotëron (në një distancë prej 2-3 diametrash të molekulës, tërheqja është maksimale), në distanca të shkurtra mbizotëron forca e zmbrapsjes. Ekziston një distancë midis molekulave në të cilën forcat tërheqëse bëhen të barabarta me forcat refuzuese. Ky pozicion i molekulave quhet pozicioni i ekuilibrit të qëndrueshëm. Molekulat e vendosura në një distancë nga njëra-tjetra dhe të lidhura me forca elektromagnetike kanë energji potenciale. Në një pozicion të qëndrueshëm ekuilibri, energjia potenciale e molekulave është minimale. Në një substancë, çdo molekulë ndërvepron njëkohësisht me shumë molekula fqinje, gjë që ndikon gjithashtu në vlerën e energjisë minimale potenciale të molekulave. Përveç kësaj, të gjitha molekulat e një lënde janë në lëvizje të vazhdueshme, d.m.th. kanë energji kinetike. Kështu, struktura e një substance dhe vetitë e saj (trupat e ngurtë, të lëngët dhe të gaztë) përcaktohen nga marrëdhënia midis energjisë potenciale minimale të bashkëveprimit të molekulave dhe rezervës së energjisë kinetike të lëvizjes termike të molekulave.
Struktura dhe vetitë e trupave të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë
Struktura e trupave shpjegohet nga ndërveprimi i grimcave të trupit dhe natyra e lëvizjes së tyre termike.
Të ngurta
Lëndët e ngurta kanë formë e përhershme dhe vëllimi janë praktikisht të pakompresueshëm. Energjia minimale potenciale e bashkëveprimit të molekulave është më e madhe se energjia kinetike e molekulave. Ndërveprim i fortë i grimcave. Lëvizja termike e molekulave në një trup të ngurtë shprehet vetëm nga dridhjet e grimcave (atomeve, molekulave) rreth një pozicioni të qëndrueshëm ekuilibri.
Për shkak të forcave të mëdha të tërheqjes, molekulat praktikisht nuk mund të ndryshojnë pozicionin e tyre në materie, kjo shpjegon pandryshueshmërinë e vëllimit dhe formës së trupave të ngurtë. Shumica e trupave të ngurtë kanë një rregullim hapësinor të grimcave që formojnë një rrjetë të rregullt kristal. Grimcat e materies (atomet, molekulat, jonet) ndodhen në kulmet - nyjet e rrjetës kristalore. Nyjet e rrjetës kristalore përkojnë me pozicionin e ekuilibrit të qëndrueshëm të grimcave. Trupat e tillë quhen kristalorë.
E lëngshme
Lëngjet kanë një vëllim të caktuar, por nuk kanë formën e tyre; ato marrin formën e enës në të cilën ndodhen. Energjia minimale potenciale e bashkëveprimit ndërmjet molekulave është e krahasueshme me energjinë kinetike të molekulave. Ndërveprim i dobët i grimcave. Lëvizja termike e molekulave në një lëng shprehet me dridhje rreth një pozicioni të qëndrueshëm ekuilibri brenda vëllimit që i jepet molekulës nga fqinjët e saj. Molekulat nuk mund të lëvizin lirshëm në të gjithë vëllimin e një substance, por kalimet e molekulave në vendet fqinje janë të mundshme. Kjo shpjegon rrjedhshmërinë e lëngut dhe aftësinë për të ndryshuar formën e tij.
Në lëngje, molekulat janë mjaft të lidhura fort me njëra-tjetrën nga forcat e tërheqjes, gjë që shpjegon pandryshueshmërinë e vëllimit të lëngut. Në një lëng, distanca midis molekulave është afërsisht e barabartë me diametrin e molekulës. Kur distanca midis molekulave zvogëlohet (ngjeshja e lëngut), forcat refuzuese rriten ndjeshëm, kështu që lëngjet janë të pakompresueshme. Për sa i përket strukturës së tyre dhe natyrës së lëvizjes termike, lëngjet zënë një pozicion të ndërmjetëm midis trupave të ngurtë dhe gazrave. Edhe pse ndryshimi midis një lëngu dhe një gazi është shumë më i madh sesa midis një lëngu dhe një të ngurtë. Për shembull, gjatë shkrirjes ose kristalizimit, vëllimi i një trupi ndryshon shumë herë më pak sesa gjatë avullimit ose kondensimit.
Gazrat nuk kanë vëllim konstant dhe zënë të gjithë vëllimin e enës në të cilën ndodhen. Energjia minimale potenciale e bashkëveprimit ndërmjet molekulave është më e vogël se energjia kinetike e molekulave. Grimcat e materies praktikisht nuk ndërveprojnë. Gazrat karakterizohen nga çrregullim i plotë në renditjen dhe lëvizjen e molekulave.
Distanca midis molekulave të gazit është shumë herë më e madhe se madhësia e molekulave. Forcat e vogla tërheqëse nuk mund t'i mbajnë molekulat afër njëra-tjetrës, kështu që gazrat mund të zgjerohen pa kufi. Gazrat kompresohen lehtësisht nën ndikimin e presionit të jashtëm, sepse distancat midis molekulave janë të mëdha dhe forcat e ndërveprimit janë të papërfillshme. Presioni i gazit në muret e enës krijohet nga ndikimet e molekulave të gazit në lëvizje.
Lëngjet e zakonshme janë izotropike; strukturore janë trupa amorfë. Për strukturën e brendshme Lëngjet karakterizohen nga renditja me rreze të shkurtër në renditjen e molekulave (rregullimi i renditur i grimcave të afërta). Distancat midis molekulave janë të vogla, forcat e ndërveprimit janë të rëndësishme, gjë që çon në 1 kompresueshmëri të ulët të lëngjeve: një rënie e vogël e distancës midis molekulave shkakton shfaqjen e forcave të mëdha të sprapsjes ndërmolekulare.
Ashtu si lëndët e ngurta, lëngjet janë pak të ngjeshshme dhe kanë densitet të lartë; si gazrat, ato marrin formën e enës në të cilën ndodhen. Kjo natyrë e vetive të lëngjeve shoqërohet me veçoritë e lëvizjes termike të molekulave të tyre. Në gaze, molekulat lëvizin rastësisht, në seksione të vogla të rrugës lëvizin në mënyrë progresive dhe nuk ka rregull në rregullimin e grimcave. Në trupat kristalorë, grimcat vibrojnë rreth pozicioneve të caktuara të ekuilibrit - nyjet e rrjetës kristalore. Sipas teorisë së Ya. I. Frenkel, molekulat e lëngëta, si grimcat e një trupi të ngurtë, lëkunden rreth pozicioneve të ekuilibrit, por këto pozicione ekuilibri nuk janë konstante. Pas njëfarë kohe, e quajtur koha e "jetës së vendosur", molekula hidhet në një pozicion të ri ekuilibri në një distancë të barabartë me distancën mesatare midis molekulave fqinje.
Le të llogarisim distancën mesatare midis molekulave të lëngshme. Ju mund të imagjinoni mendërisht të gjithë vëllimin e lëngut të ndarë në kube të vegjël identikë me një buzë prej 8. Le të ketë mesatarisht një molekulë në çdo kub. Në këtë rast, 5 mund të konsiderohet si distanca mesatare midis molekulave të lëngut. Vëllimi i lëngut është i barabartë me V = δ 3 N, ku N është numri i përgjithshëm i molekulave të lëngshme. Nëse n është përqendrimi i molekulave (numri i molekulave në 1 m3), atëherë N = nV. Nga këto ekuacione marrim
Në mënyrë që një molekulë e lëngshme të kërcejë nga një pozicion ekuilibri në tjetrin, lidhjet me molekulat përreth duhet të prishen dhe duhet të krijohen lidhje me fqinjët e rinj. Procesi i thyerjes së lidhjeve kërkon shpenzimin e energjisë E a (energjia e aktivizimit), e çliruar gjatë formimit të lidhjeve të reja. Një kalim i tillë i një molekule nga një pozicion ekuilibri në tjetrin është një kalim përmes një pengese potenciale të lartësisë E a. Molekula merr energji për të kapërcyer pengesën potenciale për shkak të energjisë së lëvizjes termike të molekulave fqinje. Varësia e kohës së relaksimit nga temperatura e lëngut dhe energjia e aktivizimit shprehet me formulën e mëposhtme nga shpërndarja Boltzmann (shih § 2.4).
Ku τ 0 është periudha mesatare e dridhjes së molekulës rreth pozicionit të ekuilibrit.
Duke ditur lëvizjen mesatare të një molekule, e barabartë me distancën midis molekulave δ, dhe kohës mesatare τ, mund të përcaktojmë shpejtësinë mesatare të lëvizjes së molekulave në një lëng:
Kjo shpejtësi është e ulët në krahasim me Shpejtësia mesatare lëvizja e molekulave në gaz. Për shembull, për molekulat e ujit është 20 herë më pak se për molekulat e avullit në të njëjtën temperaturë.
Tensioni sipërfaqësor
Në ndërfaqet midis një lëngu dhe avullit të tij të ngopur, dy lëngje të papërziershme, një lëng dhe një i ngurtë, lindin forca për shkak të ndërveprimeve të ndryshme ndërmolekulare të mediave ngjitur.
Çdo molekulë e vendosur brenda vëllimit të lëngut është e rrethuar në mënyrë të barabartë nga molekula fqinje dhe ndërvepron me to, por rezultanti i këtyre forcave është zero. Për shkak të heterogjenitetit të mjedisit, një molekulë e vendosur pranë kufirit të dy mediave i nënshtrohet një force që nuk kompensohet nga molekulat e tjera të lëngut. Prandaj, për të lëvizur molekulat nga pjesa më e madhe në shtresën sipërfaqësore, duhet të punohet.
Tensioni sipërfaqësor (koeficienti i tensionit sipërfaqësor) përcaktohet nga raporti i punës së shpenzuar për krijimin e një sipërfaqe të caktuar të një lëngu në një temperaturë konstante me zonën e kësaj sipërfaqeje:
Kushti për një ekuilibër të qëndrueshëm të lëngjeve është energjia minimale e shtresës sipërfaqësore, prandaj, në mungesë të forcave të jashtme ose në gjendje pa peshë, lëngu tenton të ketë një sipërfaqe minimale për një vëllim të caktuar dhe merr formën e një sferë.
Tensioni sipërfaqësor mund të përcaktohet jo vetëm energjikisht. Dëshira e shtresës sipërfaqësore të lëngut për t'u tkurrur nënkupton praninë e forcave tangjenciale në këtë shtresë - forcat e tensionit sipërfaqësor. Nëse zgjidhni një segment të caktuar me gjatësi l në sipërfaqen e lëngut (Fig. 7.8), atëherë mund t'i përfaqësoni në mënyrë konvencionale këto forca me shigjeta pingul me segmentin.
SHPËRNDARJA E MOLEKULAVE NË NJË FUSHË POTENCIALE
FORCAT E GRAVITETIT (SHPËRNDARJA BOLZMANN)
Gjatë nxjerrjes së ekuacionit bazë të MCT të gazeve dhe shpërndarjes së Maxwell-it, supozohet se molekulat e gazit nuk veprojnë nga forcat e jashtme, që do të thotë se molekulat shpërndahen në mënyrë uniforme në të gjithë vëllimin. Megjithatë, molekulat e çdo gazi janë gjithmonë në fushën potenciale të gravitetit të Tokës. Graviteti, nga njëra anë, dhe lëvizja termike e molekulave, nga ana tjetër, çojnë në një gjendje të caktuar të palëvizshme, në të cilën presioni i gazit zvogëlohet me rritjen e lartësisë.
Le të marrim ligjin e ndryshimit të presionit me lartësinë, duke supozuar se në të gjithë lartësinë: fusha gravitacionale është uniforme (g = konst); temperatura është e njëjtë (T = konst); Masat e të gjitha molekulave janë të njëjta.
Le të jetë presioni në lartësinë h. Atëherë në lartësinë h + dh presioni është p + dp. Për më tepër, nëse dh >0, atëherë dp< 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:
Tani 
ose 
.
Le të integrojmë anën e djathtë dhe të majtë:
; 
.
Ku, 
. (26)
Kjo është e ashtuquajtura formula barometrike. Kjo ju lejon të përcaktoni presionin atmosferik në funksion të lartësisë:
. (27)
Sepse presioni është drejtpërdrejt proporcional me përqendrimin e molekulave, atëherë mund të marrim ligjin e ndryshimit të përqendrimit të molekulave me lartësinë, me kusht që temperatura të mos ndryshojë me lartësinë (T = konst):
. (28)
Duke marrë parasysh se M = m∙N A, dhe R = k∙N A nga (27) marrim:
Sepse mgh = U(h) është energjia potenciale e një molekule në lartësinë h, atëherë
(30)
– Shpërndarja Boltzmann.
NUMRI I KOLIZIONIVE DHE GJATESIA MESATARA E LIRË E MOLEKULAVE IDEAL TË GAZIT.
Molekulat e gazit përplasen vazhdimisht me njëra-tjetrën si rezultat i lëvizjes kaotike. Midis dy përplasjeve të njëpasnjëshme molekula përshkon një distancë të caktuar λ, e cila quhet rruga mesatare e lirë . Në përgjithësi, gjatësia e kësaj rruge është e ndryshme, por që numri i përplasjeve është shumë i madh, dhe lëvizja është e çrregullt, atëherë në kushte konstante të jashtme mund të flasim për rrugën mesatare të lirë - . Nëse molekulat e një gazi të caktuar përjetojnë një mesatare përplasjesh në sekondë, atëherë
ku është shpejtësia mesatare aritmetike e molekulave.
Ne i konsiderojmë molekulat e një gazi ideal si sfera. Është e qartë se një përplasje do të ndodhë nëse dy molekula afrohen në një distancë të barabartë me dy rreze, d.m.th., diametri i molekulave d. Distanca minimale me të cilën qendrat e dy molekulave afrohen me njëra-tjetrën gjatë një përplasjeje quhet diametri efektiv i molekulave. Ky parametër varet nga , dhe rrjedhimisht nga temperatura e gazit.
Për ta përcaktuar këtë, le të imagjinojmë një molekulë me diametër efektiv d, e cila lëviz me shpejtësi midis molekulave të tjera, të cilat në të njëjtën kohë mbeten të palëvizshme. Kjo molekulë do të përplaset me të gjitha molekulat, qendrat e të cilave shtrihen brenda një cilindri "të thyer" me rreze d. Kjo do të thotë se është e barabartë me numrin e molekulave në vëllimin e këtij cilindri
ku n është përqendrimi i molekulave, dhe V është vëllimi i cilindrit: 
. Duke marrë parasysh këtë -
. (32)
Marrja parasysh e lëvizjes së molekulave të tjera rrit numrin e përplasjeve me një faktor. Së fundi, për z marrim:
. (33)
Pastaj 
(34)
Sepse p ~ n, pastaj për të ndryshme kushtet e jashtme ne kemi:
Për ajër në nr. (p = 760 mm Hg; t 0 = 0 0 C): z = 10 9 s -1, a = 5∙10 -8 m.
DUKURITË E TRANSFERIMIT
Në sistemet termodinamikisht jo ekuilibër, d.m.th. në sistemet për të cilat vlerat e makroparametrave (T, p, ) në pika të ndryshme janë të ndryshme, lindin procese të pakthyeshme, të quajtura fenomenet e transferimit . Si rezultat i proceseve të tilla, energjia (dukuri e përçueshmërisë termike), masa (dukuri e difuzionit), momenti (fërkimi i brendshëm), ngarkesa etj. transferohen nga një rajon lokal i sistemit në tjetrin. Kjo çon në barazimin e vlerave të makroparametrave në të gjithë vëllimin e sistemit. Është e qartë se transferimi i çdo sasie shpjegohet me kalimin nga vendi në vend të një numri të caktuar grimcash (molekulash dhe atomesh) si rezultat i lëvizjes së tyre kaotike.
Ne marrim ekuacionin e përgjithshëm të transportit përgjatë një drejtimi arbitrar. Le ta drejtojmë boshtin O përgjatë tij X(Figura 3). Le të zgjedhim mendërisht një element të rrafshit me sipërfaqe ∆S, pingul me O X. Për shkak të natyrës kaotike të lëvizjes me kalimin e kohës ∆t nëpër ∆S në drejtimin O X N grimca do të lëvizin:
(1)
Këtu n është përqendrimi i molekulave (atomeve), dhe është shpejtësia mesatare aritmetike e tyre. Duke kaluar nëpër ∆S, secila molekulë transferon masën, ngarkesën, momentin, energjinë ose disa karakteristika të tjera. Le të shënojmë vlerën e sasisë së bartur nga një molekulë me shkronjën φ. Pastaj gjatë kohës ∆t nëpër zonën ∆S në drejtim të boshtit O X sasia do të transferohet sasi fizike
(2).
Natyrisht, nëse përqendrimi në të djathtë është gjithashtu n, atëherë i njëjti numër grimcash do të lëvizin nga e djathta në të majtë. ato. bartja që rezulton në këtë rast është e barabartë me zero: ΔN = 0 dhe ΔNφ = 0.
Nëse mediumi është heterogjen, d.m.th. ose përqendrimi i grimcave ose vlerat e φ për grimcat majtas dhe djathtas nuk janë të njëjta, atëherë kalimet nga rajonet ku vlera e (nφ) është më e madhe në rajonet ku është më e vogël do të jenë më të mundshme. Nëse supozojmë se (nφ) 1 > (nφ) 2, atëherë transferimi rezultues i vlerës φ do të përcaktohet nga relacioni: . (3)
Shenja minus në (3) pasqyron faktin që vlera (nφ) zvogëlohet në drejtim të transferimit.
Le të zbulojmë se në cilën distancë nga ∆S majtas dhe djathtas duhet të marrim vlerat (nφ). Sepse ndryshim karakteristikat fizike molekulat ndodhin vetëm gjatë përplasjeve, dhe para përplasjes secila prej molekulave përshkoi një distancë të barabartë me shtegun mesatar të lirë, atëherë mund të supozojmë se molekulat (nφ) mbeten të pandryshuara në një distancë të barabartë me shtegun e lirë majtas dhe djathtas të ∆ S. Pjesëtoni dhe shumëzoni anën e djathtë të (3) me 2:
Shpërndarja e sasive përgjatë çdo drejtimi përcaktohet nga një karakteristikë e quajtur gradient. Një gradient është një ndryshim në madhësi në një distancë e barabartë me një gjatësia
Në këtë rast, në një pikë me koordinatë X 2 vlera e sasisë së transferuar është (nφ) 2, dhe në pikën X 1 – (nφ) 1, pastaj nën gradientin e vlerës nφ të transferuar përgjatë boshtit O X, relacioni duhet kuptuar:
.
Pastaj 
gradienti i nφ në rajonin ∆S.
. (5)
(5) – ekuacioni i përgjithshëm i transportit.
Difuzioni është transferimi i masës së materies . Me kusht që masat e molekulave të jenë të njëjta (m 0 = konst), temperatura e gazit sipas vëllimit të jetë e njëjtë (T = konst) dhe shpërndarja e shpejtësisë të jetë uniforme në të gjithë vëllimin ( = konst), duke zëvendësuar masën e molekula në (5) në vend të φ, marrim:
Ose 
. (6)
Ky është ligji i Fikut. D = – koeficienti i difuzionit. [D] = m 2 /s.
Përçueshmëria termike është transferimi i energjisë . Me kusht që në të gjithë vëllimin e gazit përqendrimi i molekulave (n = konst), masat e molekulave janë të njëjta (m 0 = konst), shpërndarja e shpejtësive në të gjithë vëllimin është uniforme ( = konst), dhe kinetika mesatare energjia e lëvizjes përkthimore të një molekule është , marrim ligjin e Furierit:
, ose 
. (7)
- koeficienti i përçueshmërisë termike. [χ] = W/(m K) = kg m/(s 3 K).
Viskoziteti është transferimi i momentit midis shtresave paralele që lëvizin në mënyrë të rregullt me shpejtësi ju 1 Dhe ju 2. Me kusht që në të gjithë vëllimin e gazit përqendrimi i molekulave të jetë n = konst, masat e molekulave janë të njëjta (m 0 = konst), shpërndarja e shpejtësive në të gjithë vëllimin të jetë uniforme ( = konst), dhe moduli i vrulli i një molekule që lidhet me shpejtësinë e lëvizjes së renditur të shtresave φ = p = m 0 u, për impulsin e forcës së ndërveprimit të shtresave kemi:
Ose 
. ()
Ky është ekuacioni i Njutonit, i cili përcakton madhësinë e forcës së fërkimit të brendshëm (viskozitetit). – gradient i shpejtësisë tërthore, që karakterizon shkallën e ndryshimit të shpejtësisë në drejtim X pingul me lëvizjen e shtresave të fërkimit. η – koeficienti i viskozitetit dinamik 
. [η] = Pa s.
FORCA MOLEKULARE
Forcat e bashkëveprimit midis molekulave, ose, siç quhen gjithashtu, forcat van der Waals, janë të natyrës elektrike. Këto janë forcat e Kulombit të ndërveprimit midis grimcave të ngarkuara që përbëjnë atomet dhe molekulat. Ato shfaqen në distanca të krahasueshme me madhësinë e vetë molekulave dhe ulen shumë shpejt me rritjen e distancës. Në këtë rast, forcat tërheqëse (ndërveprimi i ngarkesave të ndryshme) dhe forcat refuzuese (ndërveprimi i ngarkesave të ngjashme) veprojnë njëkohësisht. Sepse Meqenëse grimcat reale nuk janë si pika, madhësia e këtyre forcave varet nga distanca midis tyre në mënyra të ndryshme.
Ekzistojnë tre lloje të forcave van der Waals:
a) orientim – veprojnë ndërmjet molekulave polare:
,
ku p është momenti elektrik i dipolit të grimcave, r është distanca ndërmjet tyre, k është konstanta e Boltzmann-it, T është temperatura termodinamike.
b) induksioni – të përshkruajë bashkëveprimin e molekulave, polarizimin
ngarkesat në të cilat lindin nën ndikimin e fushave elektrike të grimcave fqinje:
.
Këtu: p ind = ε 0 αE – momenti i dipolit elektrik i fituar i grimcave; α është polarizueshmëria e molekulave.
V) dispersive Përcaktoni bashkëveprimin e molekulave, shpërndarjen asimetrike të ngarkesave në të cilat lindin rastësisht gjatë lëvizjes së elektroneve në orbita, gjë që çon në formimin e dipoleve të menjëhershme:
.
Në përgjithësi, të tre llojet e forcave mund të veprojnë njëkohësisht:
F m = F o + F dhe + F d.
Le të shqyrtojmë varësinë e forcave të ndërveprimit ndërmolekular nga distanca. Forcat tërheqëse F në konsiderohen negative, dhe forcat refuzuese F nga konsiderohen pozitive. Shuma e këtyre forcave jep rezultanten – F res = f(r). Në një distancë të caktuar r 0 ndërmjet molekulave |F pr | = |F nga | dhe forca rezultuese F = F në + F nga = 0. Nëse r< r 0 , то преобладают силы отталкивания. Если r >r 0, atëherë mbizotërojnë forcat tërheqëse. Megjithatë, në një distancë r > 10 -9 m, forcat van der Waals priren shpejt në zero.
Një sistem i molekulave ndërvepruese karakterizohet nga një rezervë e caktuar e energjisë potenciale, e cila varet në mënyrë komplekse nga r, E p = f(r):
r → ∞ – E p → 0;
r > r 0 dhe r → r 0 – E p → E p min , E p< 0 ;
r = r 0 – E p = E p min , E p< 0;
r< r 0 и уменьшается – Е п → ∞, Е п > 0.
Energjia potenciale më e ulët e ndërveprimit quhet energjia e lidhjes së molekulave. Është e barabartë me punën që duhet bërë kundër forcave të tërheqjes për të ndarë molekulat që janë në ekuilibër.
Raporti i energjisë potenciale minimale (E p min) dhe vlera e dyfishit të energjisë mesatare të lëvizjes termike për një shkallë lirie 
është një kriter i gjendjes së grumbullimit të një lënde. Nëse:
a) E p min<< kT – газ;
b) E p min » kT – lëng;
c) E p min >> kT – trup i ngurtë.
Kështu, çdo substancë, në varësi të temperaturës, mund të jetë në gjendje agregate të gaztë, të lëngët ose të ngurtë.
KARAKTERISTIKAT E STRUKTURËS SË GAZËVE, LËNGJEVE DHE TË NGURTA
R.N. Grabovsky. Kursi i fizikës. 1980, fq.168-174.
GAZRA REAL
Ekuacionet e teorisë kinetike molekulare përshkruajnë mjaft mirë sjelljen e gazeve reale në temperatura mjaft të larta dhe presione të ulëta. Kjo është e kuptueshme, sepse kjo gjendje e një gazi të vërtetë është më afër modelit ideal të gazit, në bazë të të cilit janë marrë të gjitha përfundimet e MCT. Megjithatë, me rritjen e presionit dhe uljen e temperaturës, distanca mesatare midis molekulave zvogëlohet dhe forcat e ndërveprimit molekular rriten. Për shembull, në nr. vëllimi i molekulave është 1/10,000 e vëllimit të zënë nga gazi, dhe në një presion prej 500 atm (500 MPa) tashmë do të përbëjë gjysmën e vëllimit të përgjithshëm të gazit. Është mjaft e qartë se në këto kushte ligjet e MKT pushojnë së funksionuari, për shembull, PV ¹ konst në T = konst.
Kështu, detyra është të merret një ekuacion i gjendjes për një gaz real që do të merrte parasysh vëllimin e molekulave dhe ndërveprimin e tyre.
©2015-2019 sajti
Të gjitha të drejtat u përkasin autorëve të tyre. Kjo faqe nuk pretendon autorësinë, por ofron përdorim falas.
Data e krijimit të faqes: 13-02-2016
E gjithë lënda jo e gjallë përbëhet nga grimca që mund të sillen ndryshe. Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë ka karakteristikat e veta. Grimcat në trupat e ngurtë mbahen së bashku duke qenë shumë afër njëra-tjetrës, gjë që i bën ato shumë të forta. Përveç kësaj, ata mund të mbajnë një formë të caktuar, pasi grimcat e tyre më të vogla praktikisht nuk lëvizin, por vetëm dridhen. Molekulat në lëngje janë mjaft afër njëra-tjetrës, por ato mund të lëvizin lirshëm, kështu që nuk kanë formën e tyre. Grimcat në gazra lëvizin shumë shpejt dhe zakonisht ka shumë hapësirë rreth tyre, që do të thotë se ato mund të kompresohen lehtësisht.
Vetitë dhe struktura e trupave të ngurtë
Cila është struktura dhe tiparet strukturore të trupave të ngurtë? Ato përbëhen nga grimca që ndodhen shumë afër njëra-tjetrës. Ata nuk mund të lëvizin dhe për këtë arsye forma e tyre mbetet e fiksuar. Cilat janë vetitë e një trupi të ngurtë? Nuk ngjesh, por nëse nxehet, vëllimi i tij do të rritet me rritjen e temperaturës. Kjo ndodh sepse grimcat fillojnë të dridhen dhe lëvizin, duke bërë që dendësia të ulet.
Një nga karakteristikat e trupave të ngurtë është se ato kanë një formë konstante. Kur një lëndë e ngurtë nxehet, lëvizja e grimcave rritet. Grimcat që lëvizin më shpejt përplasen më fort, duke bërë që çdo grimcë të shtyjë fqinjët e saj. Prandaj, rritja e temperaturës zakonisht rezulton në një rritje të forcës së trupit.
Struktura kristalore e trupave të ngurtë
Forcat ndërmolekulare të bashkëveprimit midis molekulave fqinje të një trupi të ngurtë janë mjaft të forta për t'i mbajtur ato në një pozicion fiks. Nëse këto grimca më të vogla janë në një konfigurim shumë të renditur, atëherë struktura të tilla zakonisht quhen kristalore. Çështjet e rendit të brendshëm të grimcave (atomeve, joneve, molekulave) të një elementi ose komponimi trajtohen nga një shkencë e veçantë - kristalografia.
Lëndët e ngurta janë gjithashtu me interes të veçantë. Duke studiuar sjelljen e grimcave dhe mënyrën se si ato janë të strukturuara, kimistët mund të shpjegojnë dhe parashikojnë se si lloje të caktuara materialet do të sillen në kushte të caktuara. Grimcat më të vogla të një trupi të ngurtë janë të vendosura në një rrjetë. Ky është i ashtuquajturi rregullim i rregullt i grimcave, ku të ndryshme lidhjet kimike mes tyre.
Teoria e brezit të strukturës së një trupi të ngurtë e konsideron atë si një koleksion atomesh, secila prej të cilave, nga ana tjetër, përbëhet nga një bërthamë dhe elektrone. Në strukturën kristalore, bërthamat e atomeve ndodhen në nyjet e rrjetës kristalore, e cila karakterizohet nga një periodicitet hapësinor i caktuar.
Cila është struktura e një lëngu?
Struktura e lëndëve të ngurta dhe të lëngshme është e ngjashme në atë që grimcat nga të cilat ato përbëhen ndodhen në një distancë të afërt. Dallimi është se molekulat lëvizin lirshëm, pasi forca e tërheqjes midis tyre është shumë më e dobët sesa në një trup të ngurtë.
Çfarë veti ka lëngu? E para është rrjedhshmëria dhe e dyta është se lëngu do të marrë formën e enës në të cilën vendoset. Nëse e ngrohni, volumi do të rritet. Për shkak të afërsisë së grimcave me njëra-tjetrën, lëngu nuk mund të kompresohet.
Cila është struktura dhe struktura e trupave të gaztë?
Grimcat e gazit janë të rregulluara në mënyrë të rastësishme, ato janë aq larg nga njëra-tjetra sa nuk mund të lindë asnjë forcë tërheqëse midis tyre. Çfarë veti ka gazi dhe cila është struktura e trupave të gaztë? Si rregull, gazi mbush në mënyrë të barabartë të gjithë hapësirën në të cilën është vendosur. Kompresohet lehtësisht. Shpejtësia e grimcave të një trupi të gaztë rritet me rritjen e temperaturës. Në të njëjtën kohë, presioni gjithashtu rritet.
Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë karakterizohet nga distanca të ndryshme midis grimcave më të vogla të këtyre substancave. Grimcat e gazit janë shumë më larg se grimcat e ngurta ose të lëngshme. Në ajër, për shembull, distanca mesatare midis grimcave është rreth dhjetë herë diametri i secilës grimcë. Kështu, vëllimi i molekulave zë vetëm rreth 0.1% të vëllimit të përgjithshëm. Pjesa e mbetur prej 99.9% është hapësirë boshe. Në të kundërt, grimcat e lëngshme mbushin rreth 70% të vëllimit total të lëngut.
Çdo grimcë gazi lëviz lirshëm përgjatë një rruge të drejtë derisa të përplaset me një grimcë tjetër (gaz, të lëngët ose të ngurtë). Grimcat zakonisht lëvizin mjaft shpejt dhe pasi dy prej tyre përplasen, ato kërcejnë nga njëra-tjetra dhe vazhdojnë rrugën e tyre të vetme. Këto përplasje ndryshojnë drejtimin dhe shpejtësinë. Këto veti të grimcave të gazit lejojnë që gazrat të zgjerohen për të mbushur çdo formë ose vëllim.
Ndryshimi i shtetit
Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë mund të ndryshojë nëse ata janë të ekspozuar ndaj një ndikimi të caktuar të jashtëm. Ata madje mund të shndërrohen në gjendjet e njëri-tjetrit në kushte të caktuara, si gjatë ngrohjes ose ftohjes.
- Avullimi. Struktura dhe vetitë e trupave të lëngshëm i lejojnë ata, në kushte të caktuara, të shndërrohen në një gjendje fizike krejtësisht të ndryshme. Për shembull, nëse ju derdhni aksidentalisht benzinë gjatë karburantit të makinës suaj, mund të vini re shpejt erën e saj të athët. Si ndodh kjo? Grimcat lëvizin në të gjithë lëngun, duke arritur përfundimisht në sipërfaqe. Lëvizja e tyre e drejtuar mund t'i çojë këto molekula përtej sipërfaqes në hapësirën mbi lëngun, por graviteti do t'i tërheqë ato prapa. Nga ana tjetër, nëse një grimcë lëviz shumë shpejt, ajo mund të ndahet nga të tjerat në një distancë të konsiderueshme. Kështu, me një rritje të shpejtësisë së grimcave, e cila zakonisht ndodh kur nxehet, ndodh procesi i avullimit, domethënë shndërrimi i lëngut në gaz.
Sjellja e trupave në gjendje të ndryshme fizike
Struktura e gazeve, lëngjeve dhe lëndëve të ngurta është kryesisht për shkak të faktit se të gjitha këto substanca përbëhen nga atome, molekula ose jone, por sjellja e këtyre grimcave mund të jetë krejtësisht e ndryshme. Grimcat e gazit janë të ndara rastësisht nga njëra-tjetra, molekulat e lëngshme janë afër njëra-tjetrës, por ato nuk janë të strukturuara aq fort sa në një të ngurtë. Grimcat e gazit dridhen dhe lëvizin me shpejtësi të madhe. Atomet dhe molekulat e një lëngu dridhen, lëvizin dhe rrëshqasin pranë njëri-tjetrit. Grimcat e një trupi të ngurtë gjithashtu mund të vibrojnë, por lëvizja si e tillë nuk është karakteristike për to.
Karakteristikat e strukturës së brendshme
Për të kuptuar sjelljen e materies, së pari duhet të studioni veçoritë e saj. strukturën e brendshme. Cilat janë ndryshimet e brendshme midis granitit, vajit të ullirit dhe heliumit tullumbace? Një model i thjeshtë i strukturës së materies do të ndihmojë në përgjigjen e kësaj pyetjeje.
Një model është një version i thjeshtuar i një objekti ose substanca reale. Për shembull, përpara se të fillojë ndërtimi aktual, arkitektët së pari ndërtojnë një model projekt ndërtimi. Një model i tillë i thjeshtuar nuk nënkupton domosdoshmërisht një përshkrim të saktë, por në të njëjtën kohë mund të japë një ide të përafërt se si do të jetë një strukturë e veçantë.
Modele të thjeshtuara
Në shkencë, megjithatë, modelet nuk janë gjithmonë trupa fizikë. Shekulli i kaluar ka parë një rritje të konsiderueshme në të kuptuarit njerëzor për botën fizike. Megjithatë, shumica e njohurive dhe përvojës së grumbulluar bazohet në koncepte jashtëzakonisht komplekse, të tilla si formula matematikore, kimike dhe fizike.
Për të kuptuar të gjitha këto, ju duhet të jeni mjaft të aftë për këto shkenca të sakta dhe komplekse. Shkencëtarët kanë zhvilluar modele të thjeshtuara për të vizualizuar, shpjeguar dhe parashikuar fenomenet fizike. E gjithë kjo thjeshton shumë të kuptuarit pse disa trupa kanë një formë dhe vëllim konstant në një temperaturë të caktuar, ndërsa të tjerët mund t'i ndryshojnë ato, etj.
E gjithë lënda përbëhet nga grimca të vogla. Këto grimca janë në lëvizje të vazhdueshme. Sasia e lëvizjes lidhet me temperaturën. Një temperaturë e rritur tregon një rritje të shpejtësisë së lëvizjes. Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë dallohet nga liria e lëvizjes së grimcave të tyre, si dhe nga sa fort tërhiqen grimcat nga njëra-tjetra. Fizike varet nga gjendja e tij fizike. avujt e ujit, ujë të lëngshëm dhe akulli kanë të njëjtën gjë Vetitë kimike, por e tyre vetitë fizike ndryshojnë ndjeshëm.
Veçoritë e strukturës molekulare të lëngjeve
Lëngjet zënë një pozicion të ndërmjetëm në vetitë dhe strukturën midis gazeve dhe trupave të ngurtë. substanca kristalore. Prandaj, ai ka vetitë e substancave të gazta dhe të ngurta. Në teorinë kinetike molekulare, të ndryshme gjendjet e grumbullimit substancat janë të lidhura me shkallë të ndryshme renditja e molekulave. Për trupat e ngurtë, të ashtuquajturat porosi me rreze të gjatë në renditjen e grimcave, d.m.th. rregullimi i tyre i porositur, duke u përsëritur në distanca të mëdha. Në lëngje ekziston një i ashtuquajtur rendit të ngushtë në renditjen e grimcave, d.m.th. renditja e tyre e renditur, e përsëritur në distanca, është e krahasueshme me ato ndëratomike. Në temperatura afër temperaturës së kristalizimit, struktura e lëngut është afër një të ngurtë. Në temperatura të larta afër pikës së vlimit, struktura e lëngut korrespondon me gjendjen e gaztë - pothuajse të gjitha molekulat marrin pjesë në lëvizjen kaotike termike.
Lëngjet, ashtu si lëndët e ngurta, kanë një vëllim të caktuar dhe si gazrat, marrin formën e enës në të cilën ndodhen. Molekulat e gazit praktikisht nuk janë të lidhura nga forcat e ndërveprimit ndërmolekular, dhe në këtë rast energjia mesatare e lëvizjes termike të molekulave të gazit është shumë më e madhe se energjia mesatare potenciale e shkaktuar nga forcat e tërheqjes ndërmjet tyre, kështu që molekulat e gazit fluturojnë larg. anët e ndryshme dhe gazi zë vëllimin që i jepet. Në trupat e ngurtë dhe të lëngët, forcat e tërheqjes midis molekulave janë tashmë të rëndësishme dhe i mbajnë molekulat në një distancë të caktuar nga njëra-tjetra. Në këtë rast, energjia mesatare e lëvizjes termike të molekulave është më e vogël se energjia mesatare potenciale për shkak të forcave të bashkëveprimit ndërmolekular dhe nuk mjafton për të kapërcyer forcat e tërheqjes midis molekulave, prandaj trupat e ngurtë dhe lëngjet kanë një vëllim të caktuar.
Presioni në lëngje rritet shumë ndjeshëm me rritjen e temperaturës dhe uljen e vëllimit. Zgjerimi vëllimor i lëngjeve është shumë më i vogël se ai i avujve dhe gazeve, pasi forcat që lidhin molekulat në lëng janë më domethënëse; e njëjta vërejtje vlen edhe për zgjerimin termik.
Kapacitetet e nxehtësisë së lëngjeve zakonisht rriten me temperaturën (megjithëse vetëm pak). Raporti Ср/СV është praktikisht i barabartë me unitetin.
Teoria e lëngjeve ende nuk është zhvilluar plotësisht. Zhvillimi i një numri problemesh në studimin e vetive komplekse të lëngjeve i përket Ya.I. Frenkel (1894–1952). Ai shpjegoi lëvizjen termike në një lëng me faktin se secila molekulë lëkundet për ca kohë rreth një pozicioni të caktuar ekuilibri, pas së cilës ajo lëviz papritmas në një pozicion të ri, të ndarë nga ai origjinal në një distancë të rendit ndëratomik. Kështu, molekulat e lëngut lëvizin mjaft ngadalë në të gjithë masën e lëngut. Ndërsa temperatura e lëngut rritet, frekuenca lëvizje osciluese rritet ndjeshëm, dhe lëvizshmëria e molekulave rritet.
Bazuar në modelin Frenkel, është e mundur të shpjegohen disa tipare dalluese vetitë e lëngut. Kështu, lëngjet, edhe afër temperaturës kritike, kanë shumë më të mëdha viskozitetit se gazet, dhe viskoziteti zvogëlohet me rritjen e temperaturës (dhe nuk rritet, si për gazrat). Kjo shpjegohet me natyrën e ndryshme të procesit të transferimit të momentit: ai transmetohet nga molekulat që bëjnë një kërcim nga një gjendje ekuilibri në një tjetër, dhe këto kërcime bëhen dukshëm më të shpeshta me rritjen e temperaturës. Difuzioni në lëngje ndodh vetëm për shkak të kërcimeve molekulare dhe ndodh shumë më ngadalë sesa në gaze. Përçueshmëri termike lëngjet shkaktohen nga shkëmbimi i energjisë kinetike ndërmjet grimcave që lëkunden rreth pozicioneve të tyre të ekuilibrit me amplituda të ndryshme; kërcimet e papritura të molekulave nuk luajnë një rol të dukshëm. Mekanizmi i përçueshmërisë termike është i ngjashëm me mekanizmin e tij në gaze. Tipar karakteristik lëngu është aftësia e tij për të pasur sipërfaqe e lirë(jo i kufizuar nga mure të forta).
Janë propozuar disa teori për strukturën molekulare të lëngjeve.
1. Modeli i zonës. Në një moment të caktuar kohor, një lëng mund të konsiderohet se përbëhet nga rajone ku molekulat janë të renditura në në rendin e duhur, duke formuar një lloj mikrokristali (zone). Këto zona duket se janë të ndara nga një substancë në gjendje të gaztë. Me kalimin e kohës, këto zona formohen në vende të tjera, etj.
2. Teoria e strukturës kuazikristaline. Le të shqyrtojmë një kristal të vendosur në temperaturën zero absolute (shih Fig. 9.9.)
Le të zgjedhim një drejtim arbitrar në të dhe të ndërtojmë një grafik të probabilitetit P për të gjetur një molekulë gazi në një distancë të caktuar nga një molekulë tjetër e vendosur në origjinën e koordinatave (Fig. 9.9. A), ndërsa molekulat ndodhen në nyjet e rrjetës kristalore. Në temperatura më të larta (Fig. 9.9, b) molekulat lëkunden rreth pozicioneve fikse të ekuilibrit, pranë të cilave kalojnë pjesën më të madhe të kohës. Periodiciteti i rreptë i përsëritjes së maksimumeve të probabilitetit në një kristal ideal shtrihet në mënyrë arbitrare larg nga grimca e zgjedhur; Prandaj, është zakon të thuhet se ka "rend me rreze të gjatë" në një të ngurtë.
Në rastin e lëngjeve (Fig. 9.9, V) pranë secilës molekulë fqinjët e saj janë rregulluar pak a shumë rregullisht, por në distancë kjo renditje është shkelur (rend me rreze të shkurtër). Në grafik, distancat maten në fraksione të rrezes së molekulës (r/r 0).