Урок № 2/5 2

Тема № 26: „Модел на структурата на течността. Наситени и ненаситени двойки. Влажност на въздуха."

1 Модел на течна структура

Течен един от състояния на материята. Основното свойство на течността, което я отличава от другите състояния на агрегиране, е способността да променя формата си неограничено под въздействието на тангенциални механични напрежения, дори произволно малки, като същевременно практически запазва обема си.

Фиг. 1

Течното състояние обикновено се счита за междинно междутвърди и газови : газът не запазва нито обем, нито форма, но твърдото вещество запазва и двете.

Молекули течностите нямат определена позиция, но в същото време нямат пълна свобода на движение. Между тях има привличане, достатъчно силно, за да ги държи близо.

Вещество в течно състояние съществува в определен диапазонтемператури , под който се превръща вв твърдо състояние(настъпва кристализация или трансформация в твърдо аморфно състояниестъкло), по-горе в газообразно състояние (получава се изпарение). Границите на този интервал зависят отналягане

Всички течности обикновено се разделят на чисти течности исмеси . Някои смеси от течности са от голямо значение за живота:кръв, морска вода и т.н. Течностите могат да изпълняват функциятаразтворители

Основното свойство на течностите е течливостта. Ако приложите към част от течност, която е в равновесиевъншна сила , тогава възниква поток от течни частици в посоката, в която е приложена тази сила: течността тече. По този начин, под въздействието на неуравновесени външни сили, течността не запазва своята форма и относително разположение на частите и следователно приема формата на съда, в който се намира.

За разлика от пластмасовите твърди тела, течностите няматпровлачване: достатъчно е да приложите произволно малка външна сила, за да накарате течността да тече.

Едно от характерните свойства на течността е, че тя притежаваопределен обем ( при постоянни външни условия). Течността е изключително трудна за механично компресиране, защото за разлика отгаз , има много малко свободно пространство между молекулите. Налягането, упражнявано върху течност, затворена в съд, се предава без промяна до всяка точка от обема на тази течност (Закон на Паскал , важи и за газове). Тази характеристика, заедно с много ниската свиваемост, се използва в хидравличните машини.

Течностите обикновено увеличават обема си (разширяват се) при нагряване и намаляват обема си (свиват се) при охлаждане. Има обаче изключения, напр.вода свива се при нагряване, при нормално налягане и при температури от 0 °C до приблизително 4 °C.

Освен това се характеризират течности (като газове).вискозитет . Определя се като способността да се съпротивлява на движението на една част спрямо друга, тоест като вътрешно триене.

Когато съседни слоеве течност се движат един спрямо друг, сблъсъци на молекули неизбежно възникват в допълнение към това, причинено оттоплинно движение. Възникват сили, които възпрепятстват организираното движение. В този случай кинетичната енергия на подреденото движение се трансформира в топлинна енергия на хаотичното движение на молекулите.

Течността в съда, пусната в движение и оставена на произвола, постепенно ще спре, но температурата й ще се повиши.В пара, подобно на газ, може почти да се игнорират адхезионните сили и да се разглежда движението като свободен полет на молекули и техния сблъсък една с друга и с околните тела (стени и течност, покриващи дъното на съда). В течността молекулите, както и в твърдото тяло, си взаимодействат силно, като се държат една друга. Въпреки това, докато в твърдо тяло всяка молекула запазва неограничено определено равновесно положение вътре в тялото и нейното движение се свежда до колебания около това равновесно положение, природата на движението в течността е различна. Течните молекули се движат много по-свободно от твърдите молекули, макар и не толкова свободно, колкото газовите молекули. Всяка молекула в течността се движи тук и там за известно време, без обаче да се отдалечава от своите съседи. Това движение наподобява вибрацията на твърда молекула около нейното равновесно положение. Въпреки това, от време на време, течна молекула излиза от околната среда и се премества на друго място, завършвайки в нова среда, където отново извършва движение, подобно на вибрация за известно време.

По този начин движението на течните молекули е нещо като смес от движения в твърдо вещество и в газ: „колебателното“ движение на едно място се заменя със „свободен“ преход от едно място на друго. В съответствие с това структурата на течността е нещо средно между структурата на твърдото тяло и структурата на газа. Колкото по-висока е температурата, т.е. колкото по-голяма е кинетичната енергия на течните молекули, толкова по-голяма е ролята на "свободното" движение: толкова по-кратки са интервалите на "вибрационното" състояние на молекулата и по-често "свободните" преходи, т.е. толкова повече течността става като газ. При достатъчно висока температура, характерна за всяка течност (така наречената критична температура), свойствата на течността не се различават от свойствата на силно сгъстен газ.

2 Наситени и ненаситени двойки и техните свойства

Винаги има пари от тази течност над свободната повърхност на течността. Ако съдът с течността не е затворен, тогава концентрацията на частици пари при постоянна температура може да варира в широки граници, надолу и нагоре.

Процес на изпаряване в затворено пространство(затворен съд с течност)може да се случи при дадена температура само до определена граница. Това се обяснява с факта, че кондензацията на пара се извършва едновременно с изпаряването на течността. Първо, броят на молекулите, които излитат от течността за 1 s, е по-голям от броя на молекулите, които се връщат обратно, и плътността, а следователно и налягането на парите, се увеличава. Това води до увеличаване на скоростта на кондензация. След известно време настъпва динамично равновесие, при което плътността на парите над течността става постоянна.

Пара, която е в състояние на динамично равновесие със своята течност, се нарича наситена пара. Пара, която не е в състояние на динамично равновесие с течността си, се нарича ненаситена.

Опитът показва, че ненаситените двойки се подчиняват на всичкигазови закони , и колкото по-точно, толкова по-далеч са от насищане.Наситените пари се характеризират със следните свойства:

1. плътност и налягане на наситена пара при дадена температура това са максималните плътност и налягане, които парата може да има при дадена температура;
2. Плътността и налягането на наситените пари зависят от вида на веществото. Колкото по-ниска е специфичната топлина на изпаряване на течността, толкова по-бързо се изпарява и толкова по-голямо е налягането и плътността на нейните пари;
3. налягането и плътността на наситената пара се определят уникално от нейната температура (не зависят от това как парата е достигнала тази температура: по време на нагряване или охлаждане);
4. налягането и плътността на парите се увеличават бързо с повишаване на температурата (фиг. 1, а, б).

Опитът показва, че когато течността се нагрява, нивото на течността в затворен съд намалява. Следователно масата и плътността на парата се увеличават. По-силното увеличение на налягането на наситената пара в сравнение с идеалния газ (законът на Gay-Lussac не е приложим за наситена пара) се обяснява с факта, че тук налягането се увеличава не само поради увеличаване на средната кинетична енергия на молекулите, (както в идеален газ), но и поради увеличаване на концентрацията на молекулите;

1. при постоянна температура налягането и плътността на наситените пари не зависят от обема. За сравнение, Фигура 2 показва изотермите на идеален газ (a) и наситена пара (b).

Ориз. 2

Опитът показва, че при изотермично разширение нивото на течността в съда намалява, а при компресия се повишава, т.е. броят на молекулите на парата се променя, така че плътността на парата остава постоянна.

3 Влажност

Въздухът, съдържащ водна пара, се наричамокър . За характеризиране на съдържанието на водни пари във въздуха се въвеждат редица величини: абсолютна влажност, налягане на водните пари и относителна влажност.

Абсолютна влажностρ въздухът е количество, числено равно на масата водна пара, съдържаща се в 1 m 3 въздух (т.е. плътността на водните пари във въздуха при дадени условия).

Налягане на водните пари p е парциалното налягане на водните пари, съдържащи се във въздуха. Единиците SI за абсолютна влажност и еластичност са съответно килограм на кубичен метър (kg/m 3) и паскал (Pa).

Ако се знае само абсолютната влажност или налягането на водните пари, все още е невъзможно да се прецени колко сух или влажен е въздухът. За да определите степента на влажност на въздуха, трябва да знаете дали водните пари са близо или далеч от насищането.

Относителна влажноствъздух φ е отношението на абсолютната влажност към плътността, изразено като процентρ 0 наситена пара при дадена температура (или съотношението на налягането на водната пара към налягането p 0 наситена пара при дадена температура):

Колкото по-ниска е относителната влажност, толкова по-далеч е парата от насищане, толкова по-интензивно е изпарението. Налягане на наситена пара p 0 при дадена температурна таблица. Налягането на водните пари (и следователно абсолютната влажност) се определя от точката на оросяване.

При изобарно охлаждане до температура t p парата става наситена и нейното състояние е представено с точкаВ . Температура tp , при което водната пара се насища се наричаТочка на оросяване . При охлаждане под точката на оросяване започва кондензация на парите: появява се мъгла, пада роса и прозорците се запотяват.

4 Измерване на влажността на въздуха

За измерване на влажността на въздуха се използват измервателни уредивлагомери. Има няколко вида влагомери, но основните са:коса и психрометричен.

Тъй като е трудно директното измерване на налягането на водните пари във въздуха, се измерва относителната влажносткосвено.

Принцип на работахигрометър за косавъз основа на свойството на обезмаслена коса (човешка или животинска)променете дължината сив зависимост от влажността на въздуха, в който се намира.

коса опъната върху метална рамка. Промяната в дължината на косата се предава на стрелката, движеща се по скалата. През зимата хигрометърът за коса е основният инструмент за измерване на влажността на външния въздух.

По-точен хигрометър е психрометричният хигрометърпсихрометър
(на друг гръцки "psychros" означава студ).
Известно е, че относителната влажност на въздухаЗависи скорост на изпарение.
Колкото по-ниска е влажността на въздуха, толкова по-лесно е влагата да се изпари.

Психрометърът имадва термометъра . Единият е обикновен, така му викатсуха Измерва температурата на околния въздух. Крушката на друг термометър се увива в платнен фитил и се поставя в съд с вода. Вторият термометър не показва температурата на въздуха, а температурата на мокрия фитил, откъдето идва и иметоовлажнен термометър. Колкото по-ниска е влажността на въздуха, толковапо-интензивен влагата се изпарява от фитила, колкото по-голямо количество топлина за единица време се отделя от навлажнения термометър, толкова по-ниски са неговите показания, следователно, толкова по-голяма е разликата между показанията на сухите и навлажнените термометри.

Точката на оросяване се определя с помощта на влагомери. Кондензационният влагомер е метална кутияА , предна стенаДА СЕ който е добре полиран (фиг. 2) Вътре в кутията се налива лесно изпаряващ се течен етер и се поставя термометър. Прекарване на въздух през кутията с помощта на гумена крушаЖ , предизвикват силно изпарение на етер и бързо охлаждане на кутията. Термометърът измерва температурата, при която капките роса се появяват върху полираната повърхност на стената.ДА СЕ . Налягането в зоната до стената може да се счита за постоянно, тъй като тази зона комуникира с атмосферата и намаляването на налягането поради охлаждане се компенсира от увеличаване на концентрацията на парите. Появата на роса показва, че водната пара е станала наситена. Познавайки температурата на въздуха и точката на оросяване, можете да намерите парциалното налягане на водните пари и относителната влажност.

Ориз. 2

5 Проблеми за самостоятелно решаване

Проблем 1

Навън вали студен есенен дъжд. В какъв случай висящото в кухнята пране ще изсъхне по-бързо: когато прозорецът е отворен или когато е затворен? Защо?

Проблем 2

Влажността на въздуха е 78%, а показанието на сухия термометър е 12 °C. Каква температура показва мокрият термометър?(Отговор: 10 °C.)

Проблем 3

Разликата в показанията на сухите и мокрите термометри е 4 °C. Относителна влажност 60%. Какви са показанията на сух и мокър термометър?(Отговор: t c -l9 °С, t m ​​​​= 10 °С.)

Цялата нежива материя се състои от частици, които могат да се държат различно. Структурата на газообразни, течни и твърди тела има свои собствени характеристики. Частиците в твърдите вещества се държат заедно, тъй като са много близо една до друга, което ги прави много здрави. Освен това те могат да поддържат определена форма, тъй като най-малките им частици практически не се движат, а само вибрират. Молекулите в течностите са доста близо една до друга, но могат да се движат свободно, така че нямат собствена форма. Частиците в газовете се движат много бързо и обикновено има много пространство около тях, което означава, че могат лесно да бъдат компресирани.

Свойства и структура на твърдите тела

Каква е структурата и структурните характеристики на твърдите тела? Те се състоят от частици, които са разположени много близо една до друга. Те не могат да се движат и затова формата им остава фиксирана. Какви са свойствата на твърдото вещество? Той не се компресира, но ако се нагрее, обемът му ще се увеличи с повишаване на температурата. Това се случва, защото частиците започват да вибрират и се движат, което води до намаляване на плътността.

Една от характеристиките на твърдите тела е, че имат постоянна форма. Когато твърдото вещество се нагрее, движението на частиците се увеличава. По-бързо движещите се частици се сблъскват по-яростно, карайки всяка частица да избута своите съседи. Следователно повишаването на температурата обикновено води до увеличаване на силата на тялото.

Кристална структура на твърдите тела

Междумолекулните сили на взаимодействие между съседните молекули на твърдо вещество са достатъчно силни, за да ги поддържат във фиксирана позиция. Ако тези най-малки частици са във високо подредена конфигурация, тогава такива структури обикновено се наричат ​​кристални. Въпросите за вътрешния ред на частиците (атоми, йони, молекули) на елемент или съединение се занимават със специална наука - кристалография.

Твърдите вещества също са от особен интерес. Чрез изучаване на поведението на частиците и как са структурирани, химиците могат да обяснят и предскажат как определени видове материали ще се държат при определени условия. Най-малките частици на твърдото вещество са подредени в решетка. Това е така нареченото правилно подреждане на частиците, където различни химически връзки между тях играят важна роля.

Лентовата теория за структурата на твърдото тяло го разглежда като колекция от атоми, всеки от които на свой ред се състои от ядро ​​и електрони. В кристалната структура ядрата на атомите са разположени във възлите на кристалната решетка, която се характеризира с определена пространствена периодичност.

Каква е структурата на течността?

Структурата на твърдите вещества и течностите е сходна по това, че частиците, от които са съставени, са разположени на близко разстояние. Разликата е, че молекулите се движат свободно, тъй като силата на привличане между тях е много по-слаба, отколкото в твърдо тяло.

Какви свойства има течността? Първият е течливостта, а вторият е, че течността ще приеме формата на съда, в който е поставена. Ако го загреете, силата на звука ще се увеличи. Поради непосредствената близост на частиците една до друга, течността не може да бъде компресирана.

Каква е структурата и структурата на газообразните тела?

Газовите частици са подредени произволно, те са толкова далеч една от друга, че между тях не може да възникне сила на привличане. Какви свойства има газът и какъв е строежът на газообразните тела? По правило газът равномерно запълва цялото пространство, в което е поставен. Компресира се лесно. Скоростта на частиците на газообразно тяло се увеличава с повишаване на температурата. В същото време налягането също се увеличава.

Структурата на газообразни, течни и твърди тела се характеризира с различни разстояния между най-малките частици на тези вещества. Газовите частици са много по-далеч една от друга от твърдите или течните частици. Във въздуха, например, средното разстояние между частиците е около десет пъти диаметъра на всяка частица. По този начин обемът на молекулите заема само около 0,1% от общия обем. Останалите 99,9% са празно пространство. За разлика от тях течните частици запълват около 70% от общия обем на течността.

Всяка газова частица се движи свободно по права траектория, докато не се сблъска с друга частица (газ, течност или твърдо вещество). Обикновено частиците се движат доста бързо и след като две от тях се сблъскат, те се отскачат една от друга и продължават пътя си сами. Тези сблъсъци променят посоката и скоростта. Тези свойства на газовите частици позволяват на газовете да се разширяват, за да запълнят всяка форма или обем.

Промяна на състоянието

Структурата на газообразни, течни и твърди тела може да се промени, ако са изложени на определено външно въздействие. Те дори могат да се трансформират в състояния един на друг при определени условия, като например по време на нагряване или охлаждане.

• Изпарение. Структурата и свойствата на течните тела им позволяват при определени условия да преминат в напълно различно агрегатно състояние. Например, ако случайно разлеете бензин, докато зареждате колата си, бързо можете да усетите острата му миризма. как става това Частиците се движат из течността, като в крайна сметка достигат повърхността. Тяхното насочено движение може да пренесе тези молекули отвъд повърхността в пространството над течността, но гравитацията ще ги издърпа обратно. От друга страна, ако една частица се движи много бързо, тя може да бъде отделена от другите на значително разстояние. По този начин, с увеличаване на скоростта на частиците, което обикновено се случва при нагряване, възниква процесът на изпаряване, т.е. превръщането на течността в газ.

Поведение на телата в различни агрегатни състояния

Структурата на газовете, течностите и твърдите вещества се дължи главно на факта, че всички тези вещества се състоят от атоми, молекули или йони, но поведението на тези частици може да бъде напълно различно. Газовите частици са произволно разположени една от друга, течните молекули са близо една до друга, но не са толкова твърдо структурирани, колкото в твърдото тяло. Газовите частици вибрират и се движат с високи скорости. Атомите и молекулите на една течност вибрират, движат се и се плъзгат един покрай друг. Частиците на твърдото тяло също могат да вибрират, но движението като такова не е характерно за тях.

Характеристики на вътрешната структура

За да разберете поведението на материята, първо трябва да проучите характеристиките на нейната вътрешна структура. Какви са вътрешните разлики между гранит, зехтин и хелий в балон? Един прост модел на структурата на материята ще помогне да се отговори на този въпрос.

Моделът е опростена версия на реален обект или вещество. Например, преди да започне действителното строителство, архитектите първо конструират модел на строителния проект. Такъв опростен модел не предполага непременно точно описание, но в същото време може да даде приблизителна представа за това каква ще бъде определена структура.

Опростени модели

В науката обаче моделите не винаги са физически тела. През последния век се наблюдава значително увеличение на човешкото разбиране за физическия свят. Голяма част от натрупаните знания и опит обаче се основават на изключително сложни концепции, като математически, химични и физични формули.

За да разберете всичко това, трябва да сте доста добре запознати с тези точни и сложни науки. Учените са разработили опростени модели за визуализиране, обяснение и прогнозиране на физически явления. Всичко това значително улеснява разбирането защо някои тела имат постоянна форма и обем при определена температура, докато други могат да ги променят и т.н.

Цялата материя е изградена от малки частици. Тези частици са в постоянно движение. Степента на движение е свързана с температурата. Повишената температура показва увеличаване на скоростта на движение. Структурата на газообразните, течните и твърдите тела се отличава със свободата на движение на техните частици, както и с това колко силно се привличат частиците една към друга. Физическото зависи от физическото му състояние. Водната пара, течната вода и ледът имат едни и същи химични свойства, но физическите им свойства са значително различни.

Модели на строежа на газове, течности и твърди тела

Всички вещества могат да съществуват в три агрегатни състояния.

Газ– агрегатно състояние, при което веществото няма определен обем и форма. В газовете частиците на веществото се отстраняват на разстояния, значително надвишаващи размера на частиците. Силите на привличане между частиците са малки и не могат да ги задържат една близо до друга. Потенциалната енергия на взаимодействието на частиците се счита за равна на нула, т.е. тя е много по-малка от кинетичната енергия на движение на частиците. Частиците се разпръскват хаотично, заемайки целия обем на съда, в който се намира газът. Траекториите на газовите частици са прекъснати линии (от един удар до друг частицата се движи равномерно и праволинейно). Газовете лесно се компресират.

Течност- агрегатно състояние, при което веществото има определен обем, но не запазва формата си. В течностите разстоянията между частиците са сравними с размерите на частиците, следователно силите на взаимодействие между частиците в течности са големи. Потенциалната енергия на взаимодействието на частиците е сравнима с тяхната кинетична енергия. Но това не е достатъчно за подредено подреждане на частиците. В течностите се наблюдава само взаимната ориентация на съседните частици. Частиците от течности извършват хаотични трептения около определени равновесни позиции и след известно време сменят местата си със своите съседи. Тези скокове обясняват течливостта на течностите.

Твърди– агрегатно състояние, при което веществото има определен обем и запазва формата си. В твърдите тела разстоянията между частиците са сравними с размерите на частиците, но по-малки, отколкото в течностите, така че силите на взаимодействие между частиците са огромни, което позволява на веществото да поддържа формата си. Потенциалната енергия на взаимодействие на частиците е по-голяма от тяхната кинетична енергия, поради което в твърдите тела има подредено разположение на частиците, наречено кристална решетка. Частиците на твърдите тела претърпяват хаотични колебания около равновесното положение (възел на кристалната решетка) и много рядко сменят местата си със своите съседи. Кристалите имат характерно свойство - анизотропия - зависимостта на физичните свойства от избора на посока в кристала.

Строеж на газове, течности и твърди тела. Характеристики на структурата на разтворите. Концепцията за "реактивно поле"
Теорията на структурата на течностите: сравнение със структурата на газовете и твърдите вещества Структура (структура) на течности. Структурата на течностите в момента е обект на внимателно изследване от физикохимиците. За изследвания в тази насока се използват най-съвременни методи, включително спектрални (IR, NMR, разсейване на светлината с различни дължини на вълните), рентгеново разсейване, квантово-механични и статистически изчислителни методи и др. Теорията на течностите е много по-малко развита от тази на газовете, тъй като свойствата на течностите зависят от геометрията и полярността на близко разположените молекули. В допълнение, липсата на специфична структура на течностите затруднява тяхното формализирано описание - в повечето учебници е отделено много по-малко място на течностите, отколкото на газовете и кристалните твърди тела. Какви са особеностите на всяко от трите агрегатни състояния на материята: твърдо, течно и газообразно. (таблица)
1) Твърдо: тялото запазва обем и форма
2) Течностите запазват обема си, но лесно променят формата си.
3) Газът няма нито форма, нито обем.

Тези състояния на едно и също вещество се различават не по вида на молекулите (едни и същи), а по това как молекулите са разположени и се движат.
1) В газовете разстоянието между молекулите е много по-голямо от размера на самите молекули
2) Молекулите на течността не се разпръскват на големи разстояния и течността при нормални условия запазва своя обем.
3) Частиците на твърдите тела са подредени в определен ред. Всяка частица се движи около определена точка от кристалната решетка, подобно на часовниково махало, тоест осцилира.
Когато температурата се понижи, течностите се втвърдяват, а когато се повишат над точката на кипене, преминават в газообразно състояние. Този факт сам по себе си показва, че течностите заемат междинна позиция между газовете и твърдите вещества, като се различават и от двете. Течността обаче има прилики с всяко от тези състояния.
Има температура, при която границата между газ и течност напълно изчезва. Това е така наречената критична точка. За всеки газ има известна температура, над която той не може да бъде течен при никакво налягане; при тази критична температура границата (менискус) между течността и нейните наситени пари изчезва. Наличието на критична температура („абсолютна точка на кипене“) е установено от Д. И. Менделеев през 1860 г. Второто свойство, което обединява течности и газове, е изотропията. Тоест на пръв поглед може да се приеме, че течностите са по-близо до газовете, отколкото до кристалите. Точно като газовете, течностите са изотропни, т.е. свойствата им са еднакви във всички посоки. Кристалите, напротив, са анизотропни: индексът на пречупване, свиваемостта, якостта и много други свойства на кристалите в различни посоки се оказват различни. Твърдите кристални вещества имат подредена структура с повтарящи се елементи, което им позволява да бъдат изследвани чрез рентгенова дифракция (метод на рентгенова дифракция, използван от 1912 г.).

Какво е общото между течностите и газовете?
А) Изотропия. Свойствата на течностите, подобно на газовете, са еднакви във всички посоки, т.е. са изотропни, за разлика от кристалите, които са анизотропни.
Б) Течностите, подобно на газовете, нямат определена форма и приемат формата на контейнер (нисък вискозитет и висока течливост).
Молекулите както на течности, така и на газове се движат доста свободно, като се сблъскват една с друга. Преди това се смяташе, че в рамките на обема, зает от течност, всяко разстояние, надвишаващо сумата от техните радиуси, се счита за еднакво вероятно, т.е. тенденцията към подредено подреждане на молекулите беше отречена. Така течностите и газовете до известна степен се противопоставят на кристалите.
С напредването на изследванията нарастващ брой факти показват наличието на прилики между структурата на течности и твърди вещества. Например, стойностите на топлинния капацитет и коефициентите на свиваемост, особено близо до точката на топене, практически съвпадат помежду си, докато тези стойности за течност и газ се различават рязко.
Вече от този пример можем да заключим, че картината на топлинното движение в течности при температура, близка до температурата на втвърдяване, прилича на топлинно движение в твърди вещества, а не в газове. Наред с това могат да се отбележат такива значителни разлики между газообразното и течното състояние на материята. В газовете молекулите са разпределени в пространството напълно хаотично, т.е. последното се счита за пример за безструктурно образование. Течността все още има определена структура. Това е експериментално потвърдено от рентгенова дифракция, която показва поне един ясен максимум. Структурата на течността е начинът, по който нейните молекули са разпределени в пространството. Таблицата илюстрира приликите и разликите между газообразно и течно състояние.
Газова фаза Течна фаза
1. Разстоянието между молекулите l обикновено (при ниски налягания) е много по-голямо от радиуса на молекулата r: l  r ; Почти целият обем V, зает от газ, е свободен обем. В течната фаза, напротив, l 2. Средната кинетична енергия на частиците, равна на 3/2kT, е по-голяма от потенциалната енергия на тяхното междумолекулно взаимодействие U. Потенциалната енергия на взаимодействие на молекулите е по-голяма от средната кинетична енергия на движението им: U3/2 kT
3. Частиците се сблъскват по време на постъпателното си движение, коефициентът на честота на сблъсък зависи от масата на частиците, техния размер и температура.Всяка частица претърпява осцилаторно движение в клетка, създадена от заобикалящите я молекули. Амплитудата на вибрациите a зависи от свободния обем, a  (Vf/ L)1/3
4. Дифузията на частиците възниква в резултат на тяхното транслационно движение, коефициент на дифузия D  0,1 - 1 cm2/s (p  105 Pa) и зависи от налягането на газа
(D  p-1) Дифузията възниква в резултат на прескачане на частица от една клетка в друга с енергия на активиране ED,
D  e-ED/RT в невискозни течности
D  0,3 - 3 cm2/ден.
5. Частицата се върти свободно, честотата на въртене r се определя само от инерционните моменти на частицата и температурата, честотата на въртене r T1/2 Въртенето се възпрепятства от стените на клетката, въртенето на частица се придружава от преодоляване на потенциалната бариера Er, която зависи от силите на междумолекулно взаимодействие, vr  e- Er/RT
Течното състояние обаче е близко до твърдото по редица важни показатели (квазикристалност). Натрупването на експериментални факти показва, че течностите и кристалите имат много общи неща. Физикохимичните изследвания на отделни течности показват, че почти всички от тях притежават някои елементи на кристална структура.
Първо, междумолекулните разстояния в течност са близки до тези в твърдо вещество. Това се доказва от факта, че когато последното се стопи, обемът на веществото се променя леко (обикновено се увеличава с не повече от 10%). Второ, енергията на междумолекулното взаимодействие в течност и в твърдо тяло се различава леко. Това следва от факта, че топлината на топене е много по-малка от топлината на изпарение. Например за вода Hpl = 6 kJ/mol, а Hsp = 45 kJ/mol; за бензен Hpl = 11 kJ/mol, и Hsp = 48 kJ/mol.
Трето, топлинният капацитет на веществото се променя много малко по време на топенето, т.е. тя е близка и за двете държави. От това следва, че естеството на движението на частиците в течност е близко до това в твърдо тяло. Четвърто, течност, подобно на твърдо вещество, може да издържи на големи сили на опън, без да се счупи.
Разликата между течност и твърдо вещество е течливостта: твърдото вещество запазва формата си, течността лесно я променя дори под въздействието на малка сила. Тези свойства произтичат от такива структурни характеристики на течността като силно междумолекулно взаимодействие, ред на къси разстояния в подреждането на молекулите и способността на молекулите да променят позицията си относително бързо. Когато една течност се нагрява от точката на замръзване до точката на кипене, нейните свойства постепенно се променят; с нагряване нейните прилики с газ постепенно се увеличават.
Всеки от нас може лесно да си спомни много вещества, които смята за течности. Не е толкова лесно обаче да се даде точна дефиниция на това състояние на материята, тъй като течностите имат такива физични свойства, че в някои отношения приличат на твърди вещества, а в други - на газове. Приликите между течности и твърди вещества са най-силно изразени при стъкловидните материали. Преходът им от твърдо към течно с повишаване на температурата става постепенно, а не като изразена точка на топене, те просто стават все по-меки и по-меки, така че е невъзможно да се посочи в кой температурен диапазон трябва да се наричат ​​твърди вещества и в кой течности. Можем само да кажем, че вискозитетът на стъкловидно вещество в течно състояние е по-малък, отколкото в твърдо състояние. Поради това твърдите стъкла често се наричат ​​свръхохладени течности. Очевидно най-характерното свойство на течностите, което ги отличава от твърдите вещества, е ниският вискозитет, т.е. голямо текучество. Благодарение на него те заемат формата на съда, в който се изсипват. На молекулярно ниво високата течливост означава относително по-голяма свобода на флуидните частици. В това отношение течностите приличат на газове, въпреки че силите на междумолекулно взаимодействие между течностите са по-големи, молекулите са разположени по-близо една до друга и са по-ограничени в движението си.
Към това може да се подходи по различен начин - от гледна точка на идеята за ред на далечни и къси разстояния. Далечният ред съществува в кристални твърди тела, чиито атоми са подредени по строго подреден начин, образувайки триизмерни структури, които могат да бъдат получени чрез многократно повтаряне на единичната клетка. В течностите и стъклото няма ред на далечни разстояния. Това обаче не означава, че те изобщо не са поръчани. Броят на най-близките съседи за всички атоми е почти еднакъв, но разположението на атомите, когато се отдалечават от всяка избрана позиция, става все по-хаотично. Следователно редът съществува само на къси разстояния, откъдето идва и името: ред на къси разстояния. Адекватно математическо описание на структурата на течност може да се даде само с помощта на статистическата физика. Например, ако една течност се състои от еднакви сферични молекули, тогава нейната структура може да бъде описана чрез функцията на радиално разпределение g(r), която дава вероятността за откриване на всяка молекула на разстояние r от дадената, избрана като референтна точка. Тази функция може да бъде намерена експериментално чрез изследване на дифракцията на рентгенови лъчи или неутрони, а с появата на високоскоростни компютри тя започна да се изчислява чрез компютърна симулация, въз основа на съществуващи данни за природата на силите, действащи между молекулите, или върху предположения за тези сили, както и върху законите на механиката на Нютон. Чрез сравняване на функциите на радиалното разпределение, получени теоретично и експериментално, е възможно да се провери правилността на предположенията за природата на междумолекулните сили.
В органичните вещества, чиито молекули имат продълговата форма, в един или друг температурен диапазон понякога се срещат области на течната фаза с далечен ориентационен ред, което се проявява в тенденция към успоредно подреждане на дългите оси на молекули. В този случай ориентационното подреждане може да бъде придружено от координационно подреждане на центровете на молекулите. Течните фази от този тип обикновено се наричат ​​течни кристали. Течнокристалното състояние е междинно между кристално и течно. Течните кристали притежават както течливост, така и анизотропия (оптична, електрическа, магнитна). Понякога това състояние се нарича мезоморфно (мезофаза) - поради липсата на ред на далечни разстояния. Горната граница на съществуване е температурата на избистряне (изотропна течност). Термотропни (мезогенни) ФА съществуват над определена температура. Типични са цианобифенилите. Лиотропни - при разтваряне, например, водни разтвори на сапуни, полипептиди, липиди, ДНК. Изследването на течни кристали (мезофаза - топене на два етапа - мътна стопилка, след това прозрачна, преход от кристална фаза към течност през междинна форма с анизотропни оптични свойства) е важно за технологичните цели - течнокристален дисплей.
Молекулите в газ се движат хаотично (произволно). В газовете разстоянието между атомите или молекулите е средно многократно по-голямо от размера на самите молекули. Молекулите в газа се движат с високи скорости (стотици m/s). Когато се сблъскат, те отскачат една от друга като абсолютно еластични топки, променяйки големината и посоката на скоростите. При големи разстояния между молекулите силите на привличане са малки и не са в състояние да задържат газовите молекули една до друга. Следователно газовете могат да се разширяват неограничено. Газовете лесно се компресират, средното разстояние между молекулите намалява, но все още остава по-голямо от техния размер. Газовете не запазват нито форма, нито обем, техният обем и форма съвпадат с обема и формата на съда, който запълват. Многобройните удари на молекули върху стените на съда създават газово налягане.
Атомите и молекулите на твърдите тела вибрират около определени равновесни позиции. Следователно твърдите тела запазват както обема, така и формата. Ако мислено свържете центровете на равновесни позиции на атоми или йони на твърдо вещество, ще получите кристална решетка.
Молекулите на течността са разположени почти близо една до друга. Поради това течностите много трудно се компресират и запазват обема си. Молекулите на течността вибрират около равновесно положение. От време на време една молекула прави преходи от едно неподвижно състояние в друго, обикновено по посока на действието на външна сила. Времето на утаено състояние на една молекула е кратко и намалява с повишаване на температурата, а времето на преминаване на молекулата в ново утаено състояние е още по-кратко. Следователно течностите са течни, не запазват формата си и приемат формата на съда, в който са изсипани.

Кинетична теория на течностите Разработена от Я. И. Френкел, кинетичната теория на течностите разглежда течността като динамична система от частици, отчасти напомняща кристално състояние. При температури, близки до точката на топене, топлинното движение в течност се свежда главно до хармонични вибрации на частици около определени средни равновесни позиции. За разлика от кристалното състояние, тези равновесни позиции на молекулите в течност са временни по природа за всяка молекула. След като осцилира около една равновесна позиция за известно време t, молекулата скача в нова позиция, разположена наблизо. Такъв скок се получава с изразходването на енергия U, следователно времето на „установен живот“ t зависи от температурата, както следва: t = t0 eU/RT, където t0 е периодът на едно колебание около равновесното положение. За вода при стайна температура t » 10-10 s, t0 = 1,4 x 10-12 s, т.е. една молекула, след като е извършила около 100 вибрации, скача на нова позиция, където продължава да трепти. От данните за разсейването на рентгенови лъчи и неутрони е възможно да се изчисли функцията на плътността на разпределението на частиците  в зависимост от разстоянието r от една частица, избрана за център. При наличието на далечен ред в кристално твърдо тяло, функцията (r) има редица ясни максимуми и минимуми. В течност, поради високата подвижност на частиците, се поддържа само ред на къси разстояния. Това ясно следва от рентгеновите дифракционни модели на течности: функцията (r) за течност има ясен първи максимум, размазан втори и след това (r) = const. Кинетичната теория описва топенето по следния начин. В кристалната решетка на твърдото тяло винаги има малки количества празни места (дупки), които бавно се скитат около кристала. Колкото по-близо е температурата до точката на топене, толкова по-висока е концентрацията на „дупките“ и толкова по-бързо те се движат през пробата. При точката на топене процесът на образуване на „дупки“ придобива лавинообразен кооперативен характер, системата от частици става динамична, изчезва далечен ред и се появява течливост. Решаваща роля при топенето играе образуването на свободен обем в течността, което прави системата течна. Най-важната разлика между течността и твърдото кристално тяло е, че в течността има свободен обем, значителна част от който има формата на флуктуации („дупки“), блуждаенето на които през течността й придава такъв характерно качество като течливост. Броят на такива „дупки“, техният обем и подвижност зависят от температурата. При ниски температури течността, ако не се е превърнала в кристално тяло, става аморфно твърдо вещество с много ниска течливост поради намаляване на обема и подвижността на „дупките“. Наред с кинетичната теория през последните десетилетия успешно се развива статистическата теория на течностите.

Структура на лед и вода. Най-важната и често срещана течност при нормални условия е водата. Това е най-често срещаната молекула на Земята! Той е отличен разтворител. Например, всички биологични течности съдържат вода. Водата разтваря много неорганични (соли, киселини, основи) и органични вещества (алкохоли, захари, карбоксилни киселини, амини). Каква е структурата на тази течност? Отново ще трябва да се върнем към въпроса, който разгледахме в първата лекция, а именно към такова специфично междумолекулно взаимодействие като водородната връзка. Водата, както в течна, така и в кристална форма, проявява аномални свойства именно поради наличието на много водородни връзки. Какви са тези аномални свойства: висока точка на кипене, висока точка на топене и висока енталпия на изпарение. Нека да погледнем първо графиката, след това таблицата и след това диаграмата на водородна връзка между две водни молекули. Всъщност всяка водна молекула координира 4 други водни молекули около себе си: две поради кислород, като донор на две несподелени електронни двойки към два протонирани водорода, и две поради протонирани водороди, координирани с кислорода на други водни молекули. В предишната лекция ви показах слайд с графики на точката на топене, точката на кипене и енталпията на изпаряване на хидридите от VI група в зависимост от периода. Тези зависимости имат ясна аномалия за кислородния хидрид. Всички тези параметри за водата са значително по-високи от предвидените от почти линейната зависимост за следните хидриди на сяра, селен и телур. Обяснихме това с наличието на водородна връзка между протонирания водород и акцептора на електронната плътност - кислорода. Водородните връзки се изследват най-успешно с помощта на вибрационна инфрачервена спектроскопия. Свободната OH група има характерна вибрационна енергия, която кара O-H връзката да се удължава и скъсява последователно, което води до характерна лента в инфрачервения абсорбционен спектър на молекулата. Въпреки това, ако ОН групата е включена във водородна връзка, водородният атом се свързва с атоми от двете страни и по този начин неговата вибрация се „заглушава“ и честотата намалява. Следната таблица показва, че увеличаването на силата и „концентрацията“ на водородната връзка води до намаляване на честотата на абсорбция. В горната фигура крива 1 съответства на максимума на инфрачервения абсорбционен спектър на O-H групи в лед (където всички H-връзки са свързани); крива 2 съответства на максимума на инфрачервения абсорбционен спектър на O-H групи на отделни H2O молекули, разтворени в CCl4 (където няма Н връзки - разтворът на H2O в CCl4 е твърде разреден); а крива 3 съответства на абсорбционния спектър на течна вода. Ако в течната вода имаше два вида O-H групи - тези, които образуват водородни връзки и тези, които не образуват - и някои O-H групи във водата биха вибрирали по същия начин (със същата честота), както в леда (където образуват H- връзки), а други - както в средата на CCl4 (където не образуват Н-връзки). Тогава спектърът на водата ще има два максимума, съответстващи на две състояния на O-H групи, техните две характерни вибрационни честоти: с честотата, с която групата вибрира, тя поглъща светлина. Но картината „два максимума” не се наблюдава! Вместо това на крива 3 виждаме един, много замъглен максимум, простиращ се от максимума на крива 1 до максимума на крива 2. Това означава, че всички O-H групи в течна вода образуват водородни връзки - но всички тези връзки имат различна енергия, “ loose” (имат различна енергия) и по различни начини. Това показва, че картината, в която някои от водородните връзки във водата са разкъсани, а някои са запазени, е, строго погледнато, неправилна. Той обаче е толкова прост и удобен за описание на термодинамичните свойства на водата, че се използва широко - и ние също ще се обърнем към него. Но трябва да имаме предвид, че не е съвсем точен.
По този начин IR спектроскопията е мощен метод за изследване на водородните връзки и много информация за структурата на течности и твърди вещества, свързани с нея, е получена с помощта на този спектрален метод. В резултат на това за течната вода ледоподобният модел (моделът на О.Я. Самойлов) е един от най-общоприетите. Според този модел течната вода има подобна на лед тетраедрична рамка, нарушена от топлинно движение (доказателство и следствие от топлинно движение - Брауново движение, което е наблюдавано за първи път от английския ботаник Робърт Браун през 1827 г. върху цветен прашец под микроскоп) (всяка вода молекула в леден кристал е свързана с водородни връзки с намалена енергия в сравнение с тази в леда - „разхлабени“ водородни връзки) с четири водни молекули около нея), празнините на тази рамка са частично запълнени с водни молекули, а водните молекули разположени в кухините и във възлите на ледоподобната рамка са енергийно неравномерни.

За разлика от водата, в ледения кристал във възлите на кристалната решетка има водни молекули с еднаква енергия и те могат да извършват само вибрационни движения. В такъв кристал има както къс, така и далечен ред. В течната вода (както при полярната течност) някои елементи от кристалната структура се запазват (и дори в газовата фаза течните молекули са подредени в малки, нестабилни клъстери), но няма ред на далечни разстояния. По този начин структурата на течността се различава от структурата на газа при наличието на близък ред, но се различава от структурата на кристала при липса на далечен ред. Това се доказва най-убедително при изследването на разсейването на рентгеновите лъчи. Трите съседки на всяка молекула в течната вода са разположени в един слой и са на по-голямо разстояние от него (0,294 nm), отколкото четвъртата молекула от съседния слой (0,276 nm). Всяка водна молекула в подобната на лед рамка образува една огледално симетрична (силна) и три централно симетрични (по-малко силни) връзки. Първият се отнася за връзките между водните молекули на даден слой и съседните слоеве, останалите - за връзките между водните молекули на същия слой. Следователно една четвърт от всички връзки са огледално симетрични, а три четвърти са централно симетрични. Идеите за тетраедричната среда на водните молекули доведоха до заключението, че нейната структура е силно деликатна и наличието на празнини в нея, чиито размери са равни или по-големи от размерите на водните молекули.

Елементи на структурата на течната вода. а - елементарен воден тетраедър (отворени кръгове - кислородни атоми, черни половини - възможни позиции на протоните върху водородната връзка); b - огледално-симетрично разположение на тетраедри; в - централно симетрично разположение; d - местоположението на кислородните центрове в структурата на обикновения лед. Водата се характеризира със значителни сили на междумолекулно взаимодействие, дължащи се на водородни връзки, които образуват пространствена мрежа. Както казахме в предишната лекция, водородната връзка се причинява от способността на водороден атом, свързан с електроотрицателен елемент, да образува допълнителна връзка с електроотрицателен атом на друга молекула. Водородната връзка е относително силна и възлиза на няколко 20-30 килоджаула на мол. По отношение на силата тя заема междинно място между енергията на Ван дер Ваалс и енергията на типичната йонна връзка. Във водна молекула енергията на химическата връзка H-O е 456 kJ/mol, а енергията на водородната връзка H…O е 21 kJ/mol.

Водородни съединения
Молекулно тегло Температура,  C
Замразяване Кипене
H2Te 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
H2O 18 0! +100!

Ледена структура. Нормален лед. Пунктирана линия - Н-връзки. В ажурната структура на леда се виждат малки кухини, заобиколени от молекули H2O.
По този начин структурата на леда е ажурна структура от водни молекули, свързани помежду си само чрез водородни връзки. Подреждането на водните молекули в структурата на леда определя наличието на широки канали в структурата. Когато ледът се топи, водните молекули „попадат“ в тези канали, което обяснява увеличаването на плътността на водата в сравнение с плътността на леда. Ледените кристали се срещат под формата на правилни шестоъгълни плочи, таблични образувания и сраствания със сложни форми. Структурата на нормалния лед се диктува от водородните Н връзки: тя е добра за геометрията на тези връзки (O-H е обърната директно към O), но не е толкова добра за тесния контакт на Вандер Ваалс на H2O молекулите. Следователно структурата на леда е ажурна, в него молекулите на H2O обгръщат микроскопични (по-малки от молекула H2O) пори. Дантелената структура на леда води до два добре известни ефекта: (1) ледът е по-малко плътен от водата, той плува в нея; и (2) при силен натиск - например острието на кънка разтопява леда. Повечето от водородните връзки, които съществуват в леда, се запазват и в течна вода. Това следва от малката топлина на топене на лед (80 cal/g) в сравнение с топлината на кипене на водата (600 cal/g при 0°C). Може да се каже, че в течна вода само 80/(600+80) = 12% от Н-връзките, съществуващи в леда, са разкъсани. Тази картина обаче - че някои от водородните връзки във водата са разкъсани, а някои са запазени - не е напълно точна: по-скоро всички водородни връзки във водата се разхлабват. Това е добре илюстрирано от следните експериментални данни.

Структура на разтворите. От конкретни примери за вода, нека да преминем към други течности. Различните течности се различават една от друга по размерите на техните молекули и естеството на междумолекулните взаимодействия. По този начин във всяка специфична течност има определена псевдокристална структура, характеризираща се с близък ред и до известна степен напомняща структурата, получена при замръзване на течност и превръщане в твърдо вещество. Когато се разтваря друго вещество, т.е. Когато се образува разтвор, природата на междумолекулните взаимодействия се променя и се появява нова структура с различно разположение на частиците, отколкото в чистия разтворител. Тази структура зависи от състава на разтвора и е специфична за всеки конкретен разтвор. Образуването на течни разтвори обикновено се придружава от процес на солватация, т.е. подреждане на молекулите на разтворителя около молекулите на разтвореното вещество поради действието на междумолекулни сили. Има късодействаща и далечнодействаща солватация, т.е. Около молекулите (частиците) на разтвореното вещество се образуват първични и вторични солватни обвивки. В първичната солватна обвивка има молекули на разтворителя в непосредствена близост, които се движат заедно с молекулите на разтвореното вещество. Броят на молекулите на разтворителя, разположени в първичната солватационна обвивка, се нарича солватационно координационно число, което зависи както от природата на разтворителя, така и от природата на разтвореното вещество. Вторичната солватна обвивка включва молекули на разтворителя, които са разположени на значително по-големи разстояния и влияят на процесите, протичащи в разтвора поради взаимодействие с първичната солватна обвивка.
Когато се разглежда стабилността на солватите, се прави разлика между кинетична и термодинамична стабилност.
Във водни разтвори количествените характеристики на кинетичната хидратация (О. Я. Самойлов) са стойностите i/ и Ei=Ei-E, където i и  са средното време на престой на водните молекули в равновесие позиция близо до i-тия йон и в чиста вода, а Ei и E са енергията на активиране на обмена и енергията на активиране на процеса на самодифузия във водата. Тези количества са свързани помежду си чрез приблизителна зависимост:
i/  exp(Ei/RT) В този случай,
ако EI  0, i/  1 (обменът на най-близките до йона водни молекули става по-рядко (по-бавно) от обмена между молекулите в чиста вода) – положителна хидратация
ако EI  0, i/  1 (обменът на най-близките до йона водни молекули става по-често (по-бързо) от обмена между молекулите в чиста вода) – отрицателна хидратация

И така, за литиевия йон EI = 1,7 kJ/mol, а за цезиевия йон Ei= - 1,4 kJ/mol, т.е. малък „твърд“ литиев йон задържа водните молекули по-силно от голям и „дифузен“ цезиев йон със същия заряд. Термодинамичната стабилност на получените солвати се определя от промяната в енергията на Гибс по време на солватацията (solvG) = (solvH) - T(solvS). Колкото по-отрицателна е тази стойност, толкова по-стабилен е солватът. Това се определя главно от отрицателните стойности на енталпията на солватация.
Понятие за решения и теории за решенията. Истинските разтвори се получават спонтанно, когато две или повече вещества влязат в контакт, поради разрушаването на връзките между частиците от един тип и образуването на връзки от друг тип и разпределението на веществото в целия обем поради дифузия. Разтворите според техните свойства се делят на идеални и реални, разтвори на електролити и неелектролити, разредени и концентрирани, ненаситени, наситени и пренаситени. Свойствата на растерите зависят от природата и големината на IMF. Тези взаимодействия могат да бъдат от физическо естество (сили на Ван дер Ваалс) и сложно физикохимично естество (водородна връзка, йонно-молекулни, комплекси за пренос на заряд и др.). Процесът на образуване на разтвор се характеризира с едновременното проявление на привличащи и отблъскващи сили между взаимодействащи частици. При липса на сили на отблъскване частиците биха се слели (залепнали) и течностите биха могли да се компресират за неопределено време; при липса на сили на привличане не могат да се получат течности или твърди вещества. В предишната лекция разгледахме физичните и химичните теории на разтворите.
Създаването на единна теория на разтворите обаче среща значителни трудности и в момента тя все още не е създадена, въпреки че се провеждат изследвания с помощта на най-съвременните методи на квантовата механика, статистическата термодинамика и физика, кристалохимията, рентгеновата дифракция. анализ, оптични методи и ЯМР методи. Реактивно поле. Продължавайки да разглеждаме силите на междумолекулно взаимодействие, нека разгледаме концепцията за „реактивно поле“, което е важно за разбирането на структурата и структурата на кондензираната материя и реалните газове, по-специално течното състояние и следователно цялата физическа химия на течни разтвори.
Реактивното поле възниква в смеси от полярни и неполярни молекули, например за смеси от въглеводороди и нафтенови киселини. Полярните молекули влияят на поле с определена симетрия (симетрията на полето се определя от симетрията на свободните молекулни орбитали) и интензитет H върху неполярни молекули. Последните са поляризирани поради разделяне на заряда, което води до появата (индукция) на дипол. Молекула с индуциран дипол от своя страна влияе на полярна молекула, променяйки нейното електромагнитно поле, т.е. възбужда реактивно (отговорно) поле. Възникването на реактивно поле води до увеличаване на енергията на взаимодействие на частиците, което се изразява в създаването на силни солватни обвивки на полярни молекули в смес от полярни и неполярни молекули.
Енергията на реактивното поле се изчислява по следната формула: където:
знак "-" - определя привличането на молекулите
S – статична електрическа проницаемост
безкраен – диелектрична константа, дължаща се на електронната и атомна поляризуемост на молекулите
NA - Числото на Авогадро
VM – обем, зает от 1 мол полярно вещество в изотропна течност v = диполен момент
ER - енергия на 1 мол полярно вещество в разтвор
Концепцията за "реактивно поле" ще ни позволи да разберем по-добре структурата на чистите течности и разтвори. Квантовият химичен подход към изследването на реактивното поле е разработен в трудовете на М. В. Базилевски и неговите колеги от Научно-изследователския институт по физика и химия на името на. Л. Я. Карпова И така, проблемът за течното състояние очаква своите млади изследователи. Картите са във вашите ръце.

Всички предмети и неща, които ни заобикалят всеки ден, са съставени от различни вещества. В същото време ние сме свикнали да разглеждаме само нещо твърдо като предмети и неща - например маса, стол, чаша, химикалка, книга и т.н.

Три състояния на материята

Но ние не считаме водата от чешмата или парата, идваща от горещ чай, за предмети и неща. Но всичко това също е част от физическия свят, просто течностите и газовете са в различно агрегатно състояние. Така, Има три състояния на материята:твърди, течни и газообразни. И всяко вещество може да бъде във всяко от тези състояния на свой ред. Ако извадим кубче лед от фризера и го загреем, то ще се разтопи и ще се превърне във вода. Ако оставим горелката включена, водата ще се нагрее до 100 градуса по Целзий и скоро ще се превърне в пара. Така наблюдавахме едно и също вещество, тоест един и същи набор от молекули, на свой ред в различни състояния на материята. Но ако молекулите останат същите, какво се променя тогава? Защо ледът е твърд и запазва формата си, водата лесно приема формата на чаша, а парата напълно се разпръсква в различни посоки? Всичко опира до молекулярната структура.

Молекулярна структура на твърдите телатака че молекулите да са разположени много близо една до друга (разстоянието между молекулите е много по-малко от размера на самите молекули) и е много трудно да се движат молекулите в тази подредба. Следователно твърдите вещества запазват обема си и запазват формата си. Молекулярна структура на течносттахарактеризиращ се с факта, че разстоянието между молекулите е приблизително равно на размера на самите молекули, т.е. молекулите вече не са толкова близки, колкото в твърдите вещества. Това означава, че те са по-лесни за движение една спрямо друга (затова течностите приемат различни форми толкова лесно), но силата на привличане на молекулите все още е достатъчна, за да попречи на молекулите да се разлетят и да запазят обема си. И тук молекулярна структура на газа, напротив, не позволява на газа нито да поддържа обем, нито да поддържа форма. Причината е, че разстоянието между газовите молекули е много по-голямо от размера на самите молекули и дори най-малката сила може да разруши тази нестабилна система.

Причината за прехода на веществото в друго състояние

Сега нека да разберем каква е причината за прехода на веществото от едно състояние в друго. Например, защо ледът става вода при нагряване? Отговорът е прост:Топлинната енергия на горелката се преобразува във вътрешната енергия на ледените молекули. Получили тази енергия, ледените молекули започват да вибрират все по-бързо и по-бързо и в крайна сметка излизат извън контрола на съседните молекули. Ако изключим нагревателя, тогава водата ще си остане вода, но ако го оставим включен, тогава водата ще се превърне в пара по вече известна причина.

Поради факта, че твърдите тела запазват обем и форма, те са тези, които свързваме със света около нас. Но ако се вгледаме внимателно, ще открием, че газовете и течностите също заемат важна част от физическия свят. Например, въздухът около нас се състои от смес от газове, основният от които, азотът, също може да бъде течност - но за това трябва да бъде охладен до температура от почти минус 200 градуса по Целзий. Но основният елемент на обикновена лапа - волфрамова нишка - може да се разтопи, тоест да се превърне в течност, напротив, само при температура от 3422 градуса по Целзий.