Lição nº 2/5 2

Tópico nº 26: “Modelo da estrutura do líquido. Pares saturados e insaturados. Umidade do ar."

1 modelo de estrutura líquida

Líquido um dos Estados da matéria. A principal propriedade de um líquido, que o distingue de outros estados de agregação, é a capacidade de alterar ilimitadamente sua forma sob a influência de tensões mecânicas tangenciais, mesmo arbitrariamente pequenas, mantendo praticamente seu volume.

Figura 1

O estado líquido é geralmente considerado intermediário entre sólido e gasoso : um gás não retém volume nem forma, mas um sólido retém ambos.

Moléculas os líquidos não têm uma posição definida, mas ao mesmo tempo não têm total liberdade de movimento. Há uma atração entre eles, forte o suficiente para mantê-los próximos.

Uma substância em estado líquido existe em uma certa faixa temperaturas , abaixo do qual se transforma emEstado sólido(a cristalização ocorre ou transformação em um estado sólido amorfo vidro), acima em gasoso (ocorre evaporação). Os limites deste intervalo dependem de pressão

Todos os líquidos são geralmente divididos em líquidos puros e misturas . Algumas misturas de líquidos são de grande importância para a vida: sangue, água do mar etc. Os líquidos podem desempenhar a função solventes

A principal propriedade dos líquidos é a fluidez. Se você aplicar a uma seção de líquido que está em equilíbrio força externa , então surge um fluxo de partículas líquidas na direção em que essa força é aplicada: o líquido flui. Assim, sob a influência de forças externas desequilibradas, o líquido não mantém sua forma e disposição relativa das partes e, portanto, assume a forma do recipiente em que está localizado.

Ao contrário dos sólidos plásticos, os líquidos não possuemforça de rendimento: basta aplicar uma força externa arbitrariamente pequena para fazer o líquido fluir.

Uma das propriedades características de um líquido é que ele possui um certo volume ( sob condições externas constantes). O líquido é extremamente difícil de comprimir mecanicamente porque, ao contrário gás , há muito pouco espaço livre entre as moléculas. A pressão exercida sobre um líquido encerrado em um recipiente é transmitida sem alteração a cada ponto do volume desse líquido ( Lei de Pascal , também é válido para gases). Esta característica, juntamente com uma compressibilidade muito baixa, é utilizada em máquinas hidráulicas.

Os líquidos geralmente aumentam de volume (expandem) quando aquecidos e diminuem de volume (contraem) quando resfriados. No entanto, há exceções, por exemplo,água encolhe quando aquecido, à pressão normal e a temperaturas de 0 °C a aproximadamente 4 °C.

Além disso, líquidos (como gases) são caracterizados viscosidade . É definido como a capacidade de resistir ao movimento de uma parte em relação a outra, ou seja, como atrito interno.

Quando camadas adjacentes de líquido se movem umas em relação às outras, ocorrem inevitavelmente colisões de moléculas, além daquelas causadas pormovimento térmico. Surgem forças que inibem o movimento ordenado. Neste caso, a energia cinética do movimento ordenado se transforma em energia térmica do movimento caótico das moléculas.

O líquido no recipiente, colocado em movimento e deixado por conta própria, irá parar gradualmente, mas sua temperatura aumentará.Num vapor, como num gás, quase se pode ignorar as forças de adesão e considerar o movimento como o voo livre das moléculas e a sua colisão entre si e com os corpos circundantes (paredes e líquido que cobrem o fundo do recipiente). Num líquido, as moléculas, como num sólido, interagem fortemente, mantendo-se umas às outras. No entanto, enquanto num corpo sólido cada molécula mantém uma posição de equilíbrio indefinidamente definida dentro do corpo e o seu movimento é reduzido a oscilações em torno desta posição de equilíbrio, a natureza do movimento num líquido é diferente. As moléculas líquidas se movem muito mais livremente do que as moléculas sólidas, embora não tão livremente quanto as moléculas de gás. Cada molécula de um líquido se move aqui e ali por algum tempo, sem se afastar, porém, de suas vizinhas. Este movimento se assemelha à vibração de uma molécula sólida em torno de sua posição de equilíbrio. Porém, de vez em quando, uma molécula líquida escapa de seu ambiente e se desloca para outro local, terminando em um novo ambiente, onde novamente realiza um movimento semelhante à vibração por algum tempo.

Assim, o movimento das moléculas líquidas é algo como uma mistura de movimentos em um sólido e em um gás: o movimento “oscilatório” em um lugar é substituído por uma transição “livre” de um lugar para outro. De acordo com isso, a estrutura de um líquido é algo entre a estrutura de um sólido e a estrutura de um gás. Quanto maior a temperatura, ou seja, quanto maior a energia cinética das moléculas líquidas, maior o papel desempenhado pelo movimento “livre”: quanto mais curtos os intervalos do estado “vibracional” da molécula e mais frequentemente as transições “livres”, ou seja, , mais o líquido se torna um gás. A uma temperatura suficientemente alta característica de cada líquido (a chamada temperatura crítica), as propriedades do líquido não diferem das propriedades de um gás altamente comprimido.

2 Pares saturados e insaturados e suas propriedades

Sempre há vapores desse líquido acima da superfície livre de um líquido. Se o recipiente com o líquido não estiver fechado, a concentração de partículas de vapor a uma temperatura constante pode variar dentro de amplos limites, para baixo e para cima.

Processo de evaporação em um espaço confinado(recipiente fechado com líquido)pode ocorrer a uma determinada temperatura apenas até um certo limite. Isso se explica pelo fato da condensação do vapor ocorrer simultaneamente à evaporação do líquido. Primeiro, o número de moléculas que saem do líquido em 1 s é maior que o número de moléculas que retornam, e a densidade e, portanto, a pressão do vapor, aumentam. Isto leva a um aumento na taxa de condensação. Depois de algum tempo, ocorre o equilíbrio dinâmico, no qual a densidade do vapor acima do líquido torna-se constante.

O vapor que está em estado de equilíbrio dinâmico com seu líquido é denominado vapor saturado. O vapor que não está em estado de equilíbrio dinâmico com seu líquido é denominado insaturado.

A experiência mostra que os pares insaturados obedecem a todos leis do gás , e quanto mais precisamente, mais longe eles estão da saturação.Os vapores saturados são caracterizados pelas seguintes propriedades:

1. densidade e pressão do vapor saturado a uma determinada temperatura são a densidade e pressão máximas que o vapor pode ter a uma determinada temperatura;
2. A densidade e a pressão do vapor saturado dependem do tipo de substância. Quanto menor o calor específico de vaporização de um líquido, mais rápido ele evapora e maior a pressão e densidade do seu vapor;
3. a pressão e a densidade do vapor saturado são determinadas exclusivamente pela sua temperatura (não dependem de como o vapor atingiu essa temperatura: durante o aquecimento ou resfriamento);
4. a pressão e a densidade do vapor aumentam rapidamente com o aumento da temperatura (Fig. 1, a, b).

A experiência mostra que quando um líquido é aquecido, o nível do líquido num recipiente fechado diminui. Consequentemente, a massa e a densidade do vapor aumentam. Um aumento mais forte na pressão do vapor saturado em comparação com um gás ideal (a lei de Gay-Lussac não é aplicável ao vapor saturado) é explicado pelo fato de que aqui a pressão aumenta não apenas devido a um aumento na energia cinética média das moléculas (como num gás ideal), mas também devido ao aumento da concentração de moléculas;

1. a temperatura constante, a pressão e a densidade do vapor saturado não dependem do volume. Para efeito de comparação, a Figura 2 mostra as isotermas de um gás ideal (a) e vapor saturado (b).

Arroz. 2

A experiência mostra que durante a expansão isotérmica o nível do líquido no vaso diminui e durante a compressão aumenta, ou seja, o número de moléculas de vapor muda de modo que a densidade do vapor permanece constante.

3 Umidade

O ar que contém vapor de água é denominado molhado . Para caracterizar o teor de vapor d'água no ar, são introduzidas várias grandezas: umidade absoluta, pressão de vapor d'água e umidade relativa.

Umidade absolutaρ ar é uma quantidade numericamente igual à massa de vapor d'água contida em 1 m 3 ar (ou seja, a densidade do vapor de água no ar sob determinadas condições).

Pressão de vapor de água p é a pressão parcial do vapor d'água contido no ar. As unidades SI de umidade absoluta e elasticidade são, respectivamente, quilograma por metro cúbico (kg/m 3) e pascal (Pa).

Se apenas a umidade absoluta ou a pressão do vapor d'água forem conhecidas, ainda será impossível avaliar o quão seco ou úmido o ar está. Para determinar o grau de umidade do ar, é necessário saber se o vapor d'água está próximo ou longe da saturação.

Humidade relativa ar φ é a razão entre umidade absoluta e densidade expressa como uma porcentagemρ 0 vapor saturado a uma determinada temperatura (ou a razão entre a pressão do vapor de água e a pressão p 0 vapor saturado a uma determinada temperatura):

Quanto menor a umidade relativa, mais longe o vapor está da saturação e mais intensa ocorre a evaporação. Pressão de vapor saturado p 0 em um determinado valor da tabela de temperatura. A pressão do vapor de água (e, portanto, a umidade absoluta) é determinada pelo ponto de orvalho.

Quando resfriado isobaricamente a uma temperatura tp o vapor fica saturado e seu estado é representado por um ponto EM . Temperatura tp , no qual o vapor de água fica saturado é chamado ponto de condensação da água . Ao resfriar abaixo do ponto de orvalho, começa a condensação do vapor: aparece neblina, o orvalho cai e as janelas embaçam.

4 Medição de umidade do ar

Instrumentos de medição são usados ​​para medir a umidade do ar higrômetros. Existem vários tipos de higrômetros, mas os principais são: cabelo e psicrométrico.

Como é difícil medir diretamente a pressão do vapor d'água no ar, a umidade relativa é medidaindiretamente.

Princípio de funcionamentohigrômetro de cabelocom base na propriedade do cabelo desengordurado (humano ou animal)mude seu comprimentodependendo da umidade do ar em que está localizado.

Cabelo esticado sobre uma armação de metal. A mudança no comprimento do cabelo é transmitida à seta que se move ao longo da escala. No inverno, o higrômetro capilar é o principal instrumento para medir a umidade do ar externo.

Um higrômetro mais preciso é um higrômetro psicrométrico psicrômetro
(em outro grego “psychros” significa frio).
Sabe-se que a umidade relativa do ar depende taxa de evaporação.
Quanto menor a umidade do ar, mais fácil será a evaporação da umidade.

O psicrômetro tem dois termômetros . Um é comum, eles chamam isso seco Ele mede a temperatura do ar ambiente. O bulbo de outro termômetro é enrolado em um pavio de tecido e colocado em um recipiente com água. O segundo termômetro não mostra a temperatura do ar, mas sim a temperatura do pavio úmido, daí o nome hidratado termômetro. Quanto menor a umidade do ar, maior mais intenso a umidade evapora do pavio, quanto maior for a quantidade de calor por unidade de tempo removida do termômetro umedecido, menores serão suas leituras, portanto, maior será a diferença entre as leituras dos termômetros seco e umedecido.

O ponto de orvalho é determinado usando higrômetros. O higrômetro de condensação é uma caixa de metal A , parede frontal PARA que é bem polido (Fig. 2). Um éter líquido de fácil evaporação é colocado dentro da caixa e um termômetro é inserido. Passando ar pela caixa usando um bulbo de borracha G , causa forte evaporação do éter e rápido resfriamento da caixa. O termômetro mede a temperatura na qual as gotas de orvalho aparecem na superfície polida da parede. PARA . A pressão na área adjacente à parede pode ser considerada constante, pois esta área se comunica com a atmosfera e a diminuição da pressão devido ao resfriamento é compensada pelo aumento da concentração de vapor. O aparecimento de orvalho indica que o vapor d'água ficou saturado. Conhecendo a temperatura do ar e o ponto de orvalho, é possível encontrar a pressão parcial do vapor d'água e a umidade relativa.

Arroz. 2

5 problemas para resolver de forma independente

Problema 1

Está uma chuva fria de outono lá fora. Em que caso a roupa pendurada na cozinha seca mais rápido: quando a janela está aberta ou quando está fechada? Por que?

Problema 2

A umidade do ar é de 78% e a leitura do bulbo seco é de 12 °C. Que temperatura o termômetro de bulbo úmido mostra?(Resposta: 10 °C.)

Problema 3

A diferença nas leituras dos termômetros seco e úmido é de 4 °C. Umidade relativa 60%. Quais são as leituras de bulbo seco e úmido?(Resposta: t c -l9 °С, t m ​​​​= 10 °С.)

Toda matéria inanimada é composta de partículas que podem se comportar de maneira diferente. A estrutura dos corpos gasosos, líquidos e sólidos possui características próprias. As partículas nos sólidos são mantidas juntas por estarem muito próximas umas das outras, o que as torna muito fortes. Além disso, podem manter uma determinada forma, já que suas menores partículas praticamente não se movem, apenas vibram. As moléculas nos líquidos estão bastante próximas umas das outras, mas podem mover-se livremente, por isso não têm forma própria. As partículas nos gases movem-se muito rapidamente e geralmente há muito espaço ao seu redor, o que significa que podem ser facilmente comprimidas.

Propriedades e estrutura dos sólidos

Qual é a estrutura e características estruturais dos sólidos? Eles consistem em partículas localizadas muito próximas umas das outras. Eles não podem se mover e, portanto, sua forma permanece fixa. Quais são as propriedades de um sólido? Não comprime, mas se for aquecido, seu volume aumentará com o aumento da temperatura. Isso acontece porque as partículas começam a vibrar e se mover, fazendo com que a densidade diminua.

Uma das características dos sólidos é que eles possuem forma constante. Quando um sólido aquece, o movimento das partículas aumenta. Partículas que se movem mais rapidamente colidem com mais violência, fazendo com que cada partícula empurre suas vizinhas. Portanto, um aumento na temperatura geralmente resulta num aumento na força corporal.

Estrutura cristalina de sólidos

As forças intermoleculares de interação entre moléculas vizinhas de um sólido são fortes o suficiente para mantê-las em uma posição fixa. Se essas partículas menores estiverem em uma configuração altamente ordenada, essas estruturas são geralmente chamadas de cristalinas. As questões da ordem interna das partículas (átomos, íons, moléculas) de um elemento ou composto são tratadas por uma ciência especial - a cristalografia.

Os sólidos também são de particular interesse. Ao estudar o comportamento das partículas e como elas são estruturadas, os químicos podem explicar e prever como certos tipos de materiais se comportarão sob certas condições. As menores partículas de um sólido estão dispostas em uma rede. Este é o chamado arranjo regular de partículas, onde várias ligações químicas entre elas desempenham um papel importante.

A teoria de bandas da estrutura de um corpo sólido o considera como um conjunto de átomos, cada um dos quais, por sua vez, consiste em um núcleo e elétrons. Na estrutura cristalina, os núcleos dos átomos estão localizados nos nós da rede cristalina, que se caracteriza por uma certa periodicidade espacial.

Qual é a estrutura de um líquido?

A estrutura dos sólidos e dos líquidos é semelhante porque as partículas que os compõem estão localizadas próximas. A diferença é que as moléculas se movem livremente, já que a força de atração entre elas é muito mais fraca do que em um corpo sólido.

Quais propriedades o líquido possui? A primeira é a fluidez e a segunda é que o líquido assumirá a forma do recipiente em que for colocado. Se você aquecer, o volume aumentará. Devido à proximidade das partículas entre si, o líquido não pode ser comprimido.

Qual é a estrutura e estrutura dos corpos gasosos?

As partículas de gás estão dispostas aleatoriamente, estão tão distantes umas das outras que nenhuma força atrativa pode surgir entre elas. Quais propriedades o gás possui e qual é a estrutura dos corpos gasosos? Via de regra, o gás preenche uniformemente todo o espaço em que foi colocado. Comprime facilmente. A velocidade das partículas de um corpo gasoso aumenta com o aumento da temperatura. Ao mesmo tempo, a pressão também aumenta.

A estrutura dos corpos gasosos, líquidos e sólidos é caracterizada por diferentes distâncias entre as menores partículas dessas substâncias. As partículas de gás estão muito mais distantes umas das outras do que as partículas sólidas ou líquidas. No ar, por exemplo, a distância média entre as partículas é cerca de dez vezes o diâmetro de cada partícula. Assim, o volume das moléculas ocupa apenas cerca de 0,1% do volume total. Os 99,9% restantes são espaços vazios. Em contraste, as partículas líquidas preenchem cerca de 70% do volume total do líquido.

Cada partícula de gás se move livremente ao longo de uma trajetória reta até colidir com outra partícula (gás, líquida ou sólida). As partículas geralmente se movem muito rapidamente e, depois que duas delas colidem, elas ricocheteiam uma na outra e continuam seu caminho sozinhas. Essas colisões mudam de direção e velocidade. Essas propriedades das partículas de gás permitem que os gases se expandam para preencher qualquer forma ou volume.

Mudança de estado

A estrutura dos corpos gasosos, líquidos e sólidos pode mudar se forem expostos a determinadas influências externas. Eles podem até se transformar nos estados um do outro sob certas condições, como durante aquecimento ou resfriamento.

• Evaporação. A estrutura e as propriedades dos corpos líquidos permitem-lhes, sob certas condições, transformar-se num estado físico completamente diferente. Por exemplo, se você acidentalmente derramar gasolina ao reabastecer seu carro, poderá notar rapidamente seu odor pungente. Como isso acontece? As partículas se movem por todo o líquido, eventualmente alcançando a superfície. Seu movimento direcionado pode transportar essas moléculas para além da superfície, para o espaço acima do líquido, mas a gravidade as puxará de volta. Por outro lado, se uma partícula se move muito rapidamente, pode ficar separada das outras por uma distância considerável. Assim, com o aumento da velocidade das partículas, que geralmente ocorre quando aquecidas, ocorre o processo de evaporação, ou seja, a conversão do líquido em gás.

Comportamento de corpos em diferentes estados físicos

A estrutura dos gases, líquidos e sólidos se deve principalmente ao fato de que todas essas substâncias consistem em átomos, moléculas ou íons, mas o comportamento dessas partículas pode ser completamente diferente. As partículas de gás estão espaçadas aleatoriamente umas das outras, as moléculas líquidas estão próximas umas das outras, mas não são tão rigidamente estruturadas como em um sólido. Partículas de gás vibram e se movem em altas velocidades. Os átomos e moléculas de um líquido vibram, movem-se e deslizam uns pelos outros. As partículas de um corpo sólido também podem vibrar, mas o movimento como tal não é característico delas.

Características da estrutura interna

Para compreender o comportamento da matéria, é necessário primeiro estudar as características de sua estrutura interna. Quais são as diferenças internas entre granito, azeite e hélio em um balão? Um modelo simples da estrutura da matéria ajudará a responder a esta questão.

Um modelo é uma versão simplificada de um objeto ou substância real. Por exemplo, antes do início da construção propriamente dita, os arquitetos primeiro constroem um modelo do projeto de construção. Tal modelo simplificado não implica necessariamente uma descrição exata, mas ao mesmo tempo pode dar uma ideia aproximada de como será uma determinada estrutura.

Modelos simplificados

Na ciência, porém, os modelos nem sempre são corpos físicos. O último século viu um aumento significativo na compreensão humana sobre o mundo físico. Contudo, muito do conhecimento e experiência acumulados baseia-se em conceitos extremamente complexos, como fórmulas matemáticas, químicas e físicas.

Para entender tudo isso, você precisa ser bastante versado nessas ciências exatas e complexas. Os cientistas desenvolveram modelos simplificados para visualizar, explicar e prever fenômenos físicos. Tudo isso simplifica muito a compreensão de por que alguns corpos têm forma e volume constantes em uma determinada temperatura, enquanto outros podem alterá-los, e assim por diante.

Toda matéria é composta de minúsculas partículas. Essas partículas estão em constante movimento. A quantidade de movimento está relacionada à temperatura. Uma temperatura elevada indica um aumento na velocidade de movimento. A estrutura dos corpos gasosos, líquidos e sólidos se distingue pela liberdade de movimento de suas partículas, bem como pela força com que as partículas são atraídas umas pelas outras. Físico depende de sua condição física. Vapor de água, água líquida e gelo têm as mesmas propriedades químicas, mas suas propriedades físicas são significativamente diferentes.

Modelos da estrutura de gases, líquidos e sólidos

Todas as substâncias podem existir em três estados de agregação.

Gás– um estado de agregação em que uma substância não possui volume e forma definidos. Nos gases, as partículas de uma substância são removidas a distâncias que excedem significativamente o tamanho das partículas. As forças atrativas entre as partículas são pequenas e não conseguem mantê-las próximas umas das outras. A energia potencial de interação das partículas é considerada igual a zero, ou seja, é muito menor que a energia cinética do movimento das partículas. As partículas se espalham de forma caótica, ocupando todo o volume do recipiente onde o gás está localizado. As trajetórias das partículas de gás são linhas quebradas (de um impacto para outro, a partícula se move de maneira uniforme e retilínea). Os gases são facilmente comprimidos.

Líquido- um estado de agregação em que uma substância tem um certo volume, mas não mantém a sua forma. Nos líquidos, as distâncias entre as partículas são comparáveis ​​aos tamanhos das partículas, portanto as forças de interação entre as partículas nos líquidos são grandes. A energia potencial de interação das partículas é comparável à sua energia cinética. Mas isso não é suficiente para um arranjo ordenado de partículas. Nos líquidos, apenas a orientação mútua das partículas vizinhas é observada. Partículas de líquidos realizam oscilações caóticas em torno de certas posições de equilíbrio e depois de algum tempo trocam de lugar com suas vizinhas. Esses saltos explicam a fluidez dos líquidos.

Sólido– um estado de agregação em que uma substância tem um certo volume e mantém a sua forma. Nos sólidos, as distâncias entre as partículas são comparáveis ​​aos tamanhos das partículas, mas menores do que nos líquidos, por isso as forças de interação entre as partículas são enormes, o que permite que a substância mantenha a sua forma. A energia potencial de interação das partículas é maior que sua energia cinética, portanto nos sólidos existe um arranjo ordenado de partículas, denominado rede cristalina. Partículas de sólidos sofrem oscilações caóticas em torno da posição de equilíbrio (nó da rede cristalina) e muito raramente trocam de lugar com seus vizinhos. Os cristais têm uma propriedade característica - anisotropia - a dependência das propriedades físicas da escolha da direção do cristal.

Estrutura de gases, líquidos e sólidos. Características da estrutura das soluções. O conceito de “campo reativo”
A teoria da estrutura dos líquidos: comparação com a estrutura dos gases e sólidos Estrutura (estrutura) dos líquidos. A estrutura dos líquidos é atualmente objeto de estudo minucioso por físico-químicos. Para pesquisas nessa direção, são utilizados os métodos mais modernos, incluindo espectrais (IR, RMN, espalhamento de luz de vários comprimentos de onda), espalhamento de raios X, métodos de cálculo mecânico quântico e estatístico, etc. A teoria dos líquidos é muito menos desenvolvida que a dos gases, uma vez que as propriedades dos líquidos dependem da geometria e da polaridade de moléculas próximas. Além disso, a falta de uma estrutura específica dos líquidos torna difícil sua descrição formal - na maioria dos livros didáticos, muito menos espaço é dedicado aos líquidos do que aos gases e sólidos cristalinos. Quais são as características de cada um dos três estados agregados da matéria: sólido, líquido e gasoso. (mesa)
1) Sólido: o corpo mantém volume e forma
2) Os líquidos retêm volume, mas mudam facilmente de forma.
3) O gás não tem forma nem volume.

Esses estados da mesma substância diferem não no tipo de moléculas (é a mesma coisa), mas na forma como as moléculas estão localizadas e se movem.
1) Nos gases, a distância entre as moléculas é muito maior que o tamanho das próprias moléculas
2) As moléculas do líquido não se dispersam por longas distâncias e o líquido em condições normais mantém o seu volume.
3) As partículas de sólidos são organizadas em uma determinada ordem. Cada partícula se move em torno de um determinado ponto da rede cristalina, como um pêndulo de relógio, ou seja, oscila.
Quando a temperatura diminui, os líquidos solidificam e, quando ultrapassam o ponto de ebulição, passam ao estado gasoso. Este fato por si só indica que os líquidos ocupam uma posição intermediária entre gases e sólidos, diferenciando-se de ambos. Porém, o líquido tem semelhanças com cada um desses estados.
Existe uma temperatura na qual a fronteira entre gás e líquido desaparece completamente. Este é o chamado ponto crítico. Para cada gás existe uma temperatura conhecida acima da qual ele não pode ser líquido a qualquer pressão; nesta temperatura crítica, o limite (menisco) entre o líquido e seu vapor saturado desaparece. A existência de uma temperatura crítica (“ponto de ebulição absoluto”) foi estabelecida por DI Mendeleev em 1860. A segunda propriedade que une líquidos e gases é a isotropia. Ou seja, à primeira vista pode-se supor que os líquidos estão mais próximos dos gases do que dos cristais. Assim como os gases, os líquidos são isotrópicos, ou seja, suas propriedades são as mesmas em todas as direções. Os cristais, pelo contrário, são anisotrópicos: o índice de refração, a compressibilidade, a resistência e muitas outras propriedades dos cristais em diferentes direções revelam-se diferentes. As substâncias cristalinas sólidas possuem uma estrutura ordenada com elementos repetidos, o que permite seu estudo por difração de raios X (método de difração de raios X, utilizado desde 1912).

O que líquidos e gases têm em comum?
A) Isotropia. As propriedades dos líquidos, assim como dos gases, são as mesmas em todas as direções, ou seja, são isotrópicos, ao contrário dos cristais, que são anisotrópicos.
B) Os líquidos, assim como os gases, não possuem formato específico e assumem a forma de um recipiente (baixa viscosidade e alta fluidez).
Moléculas de líquidos e gases movem-se livremente, colidindo umas com as outras. Anteriormente, acreditava-se que dentro do volume ocupado por um líquido, qualquer distância que excedesse a soma de seus raios era considerada igualmente provável, ou seja, a tendência para um arranjo ordenado de moléculas foi negada. Assim, líquidos e gases opunham-se, até certo ponto, aos cristais.
À medida que a investigação avançava, um número crescente de factos indicava a presença de semelhanças entre a estrutura dos líquidos e dos sólidos. Por exemplo, os valores das capacidades térmicas e dos coeficientes de compressibilidade, especialmente próximos ao ponto de fusão, praticamente coincidem entre si, enquanto esses valores para líquidos e gases diferem acentuadamente.
Já deste exemplo podemos concluir que a imagem do movimento térmico em líquidos a uma temperatura próxima à temperatura de solidificação se assemelha ao movimento térmico em sólidos, e não em gases. Junto com isso, podem-se notar diferenças significativas entre os estados gasoso e líquido da matéria. Nos gases, as moléculas são distribuídas pelo espaço de forma completamente caótica, ou seja, este último é considerado um exemplo de educação sem estrutura. O líquido ainda possui uma certa estrutura. Isto é confirmado experimentalmente por difração de raios X, que mostra pelo menos um máximo claro. A estrutura de um líquido é a forma como suas moléculas estão distribuídas no espaço. A tabela ilustra as semelhanças e diferenças entre os estados gasoso e líquido.
Fase gasosa Fase líquida
1. A distância entre as moléculas l é geralmente (para baixas pressões) muito maior que o raio da molécula r: l  r ; Quase todo o volume V ocupado pelo gás é volume livre. Na fase líquida, ao contrário, l 2. A energia cinética média das partículas, igual a 3/2kT, é maior que a energia potencial U de sua interação intermolecular. A energia potencial de interação das moléculas é maior que a energia cinética média energia de seu movimento: U3/2 kT
3. As partículas colidem durante seu movimento de translação, o fator de frequência de colisão depende da massa das partículas, seu tamanho e temperatura.Cada partícula sofre movimento oscilatório em uma gaiola criada pelas moléculas que a rodeiam. A amplitude de vibração a depende do volume livre, a  (Vf/ L)1/3
4. A difusão das partículas ocorre como resultado de seu movimento de translação, coeficiente de difusão D  0,1 - 1 cm2/s (p  105 Pa) e depende da pressão do gás
(D  p-1) A difusão ocorre como resultado de uma partícula saltando de uma célula para outra com energia de ativação ED,
D  e-ED/RT em líquidos não viscosos
D  0,3 - 3 cm2/dia.
5. A partícula gira livremente, a frequência de rotação r é determinada apenas pelos momentos de inércia da partícula e pela temperatura, a frequência de rotação r T1/2 A rotação é inibida pelas paredes da célula, a rotação do partícula é acompanhada pela superação da barreira de potencial Er, que depende das forças de interação intermolecular, vr  e- Er/RT
No entanto, o estado líquido está próximo do estado sólido em vários indicadores importantes (quasicristalinidade). O acúmulo de fatos experimentais indicou que líquidos e cristais têm muito em comum. Estudos físico-químicos de líquidos individuais mostraram que quase todos eles possuem alguns elementos de estrutura cristalina.
Em primeiro lugar, as distâncias intermoleculares num líquido são próximas das distâncias num sólido. Isto é comprovado pelo fato de que quando este derrete, o volume da substância muda ligeiramente (geralmente aumenta não mais que 10%). Em segundo lugar, a energia da interação intermolecular em um líquido e em um sólido difere ligeiramente. Isto decorre do fato de que o calor de fusão é muito menor que o calor de evaporação. Por exemplo, para água Hpl = 6 kJ/mol e Hsp = 45 kJ/mol; para benzeno Hpl = 11 kJ/mol e Hsp = 48 kJ/mol.
Em terceiro lugar, a capacidade térmica de uma substância muda muito pouco durante a fusão, ou seja, está próximo para ambos os estados. Segue-se que a natureza do movimento das partículas em um líquido é próxima daquela de um sólido. Em quarto lugar, um líquido, como um sólido, pode suportar grandes forças de tração sem quebrar.
A diferença entre um líquido e um sólido é a fluidez: um sólido mantém sua forma, um líquido a altera facilmente mesmo sob a influência de uma pequena força. Essas propriedades surgem de características estruturais do líquido, como forte interação intermolecular, ordem de curto alcance no arranjo das moléculas e a capacidade das moléculas de mudar sua posição de forma relativamente rápida. Quando um líquido é aquecido do ponto de congelamento até o ponto de ebulição, suas propriedades mudam gradualmente; com o aquecimento, suas semelhanças com um gás aumentam gradualmente.
Cada um de nós pode facilmente lembrar-se de muitas substâncias que considera líquidas. Contudo, não é tão fácil dar uma definição exata deste estado da matéria, uma vez que os líquidos têm propriedades físicas tais que em alguns aspectos se assemelham a sólidos e em outros se assemelham a gases. As semelhanças entre líquidos e sólidos são mais pronunciadas em materiais vítreos. Sua transição de sólido para líquido com o aumento da temperatura ocorre gradativamente, e não como um ponto de fusão pronunciado, eles simplesmente ficam cada vez mais macios, sendo impossível indicar em qual faixa de temperatura devem ser chamados de sólidos e em quais líquidos. Só podemos dizer que a viscosidade de uma substância vítrea no estado líquido é menor do que no estado sólido. Os vidros sólidos são, portanto, frequentemente chamados de líquidos super-resfriados. Aparentemente, a propriedade mais característica dos líquidos, que os distingue dos sólidos, é a baixa viscosidade, ou seja, alta rotatividade. Graças a isso, eles assumem a forma do recipiente onde são despejados. No nível molecular, alta fluidez significa liberdade relativamente maior de partículas fluidas. Nesse aspecto, os líquidos se assemelham aos gases, embora as forças de interação intermolecular entre os líquidos sejam maiores, as moléculas estão localizadas mais próximas umas das outras e são mais limitadas em seu movimento.
Isso pode ser abordado de forma diferente - do ponto de vista da ideia de ordem de longo e curto alcance. A ordem de longo alcance existe em sólidos cristalinos, cujos átomos estão dispostos de maneira estritamente ordenada, formando estruturas tridimensionais que podem ser obtidas repetindo a célula unitária muitas vezes. Não existe ordem de longo alcance em líquidos e vidros. Isso, entretanto, não significa que eles não sejam ordenados. O número de vizinhos mais próximos para todos os átomos é quase o mesmo, mas o arranjo dos átomos à medida que se afastam de qualquer posição selecionada torna-se cada vez mais caótico. Assim, a ordem existe apenas em distâncias curtas, daí o nome: ordem de curto alcance. Uma descrição matemática adequada da estrutura de um líquido só pode ser fornecida com a ajuda da física estatística. Por exemplo, se um líquido consiste em moléculas esféricas idênticas, então sua estrutura pode ser descrita pela função de distribuição radial g(r), que dá a probabilidade de detectar qualquer molécula a uma distância r daquela escolhida como ponto de referência. Esta função pode ser encontrada experimentalmente através do estudo da difração de raios X ou nêutrons, e com o advento dos computadores de alta velocidade, passou a ser calculada por simulação computacional, com base nos dados existentes sobre a natureza das forças que atuam entre as moléculas, ou em suposições sobre essas forças, bem como nas leis da mecânica de Newton. Ao comparar funções de distribuição radial obtidas teórica e experimentalmente, é possível verificar a exatidão das suposições sobre a natureza das forças intermoleculares.
Nas substâncias orgânicas, cujas moléculas apresentam formato alongado, em uma ou outra faixa de temperatura, às vezes são encontradas regiões da fase líquida com ordem orientacional de longo alcance, o que se manifesta na tendência ao alinhamento paralelo dos longos eixos do moléculas. Neste caso, a ordenação orientacional pode ser acompanhada pela ordenação de coordenação dos centros das moléculas. As fases líquidas deste tipo são geralmente chamadas de cristais líquidos. O estado líquido cristalino é intermediário entre cristalino e líquido. Os cristais líquidos possuem fluidez e anisotropia (óptica, elétrica, magnética). Às vezes, esse estado é chamado de mesomórfico (mesofase) - devido à ausência de ordem de longo alcance. O limite superior de existência é a temperatura de compensação (líquido isotrópico). FAs termotrópicos (mesogênicos) existem acima de uma certa temperatura. Os típicos são os cianobifenilos. Liotrópico - quando dissolvido, por exemplo, soluções aquosas de sabonetes, polipeptídeos, lipídios, DNA. O estudo dos cristais líquidos (mesofase - fusão em dois estágios - fusão turva, depois transparente, transição da fase cristalina para a líquida através de uma forma intermediária com propriedades ópticas anisotrópicas) é importante para fins tecnológicos - exibição de cristal líquido.
As moléculas de um gás movem-se caoticamente (aleatoriamente). Nos gases, a distância entre átomos ou moléculas é, em média, muitas vezes maior que o tamanho das próprias moléculas. As moléculas do gás se movem em altas velocidades (centenas de m/s). Quando colidem, eles ricocheteiam uns nos outros como bolas absolutamente elásticas, mudando a magnitude e a direção das velocidades. Em grandes distâncias entre as moléculas, as forças atrativas são pequenas e não são capazes de manter as moléculas de gás próximas umas das outras. Portanto, os gases podem expandir-se sem limites. Os gases são facilmente comprimidos, a distância média entre as moléculas diminui, mas ainda permanece maior que seu tamanho. Os gases não retêm forma nem volume; seu volume e forma coincidem com o volume e a forma do recipiente que enchem. Numerosos impactos de moléculas nas paredes do vaso criam pressão de gás.
Átomos e moléculas de sólidos vibram em torno de certas posições de equilíbrio. Portanto, os sólidos retêm volume e forma. Se você conectar mentalmente os centros das posições de equilíbrio dos átomos ou íons de um sólido, obterá uma rede cristalina.
As moléculas do líquido estão localizadas quase próximas umas das outras. Portanto, os líquidos são muito difíceis de comprimir e reter o seu volume. Moléculas de um líquido vibram em torno de uma posição de equilíbrio. De tempos em tempos, uma molécula faz transições de um estado estacionário para outro, geralmente na direção da ação de uma força externa. O tempo de estabilização de uma molécula é curto e diminui com o aumento da temperatura, e o tempo de transição da molécula para um novo estado de estabilização é ainda mais curto. Portanto, os líquidos são fluidos, não retêm sua forma e assumem a forma do recipiente em que são despejados.

Teoria cinética dos líquidos Desenvolvida por Ya. I. Frenkel, a teoria cinética dos líquidos considera um líquido como um sistema dinâmico de partículas, em parte reminiscente de um estado cristalino. Em temperaturas próximas ao ponto de fusão, o movimento térmico num líquido é reduzido principalmente a vibrações harmônicas de partículas em torno de certas posições médias de equilíbrio. Em contraste com o estado cristalino, estas posições de equilíbrio das moléculas num líquido são de natureza temporária para cada molécula. Após oscilar em torno de uma posição de equilíbrio por algum tempo t, a molécula salta para uma nova posição localizada próxima. Tal salto ocorre com o gasto de energia U, portanto o tempo de “vida estabilizada” t depende da temperatura da seguinte forma: t = t0 eU/RT, onde t0 é o período de uma oscilação em torno da posição de equilíbrio. Para água à temperatura ambiente t » 10-10 s, t0 = 1,4 x 10-12 s, ou seja, uma molécula, tendo completado cerca de 100 vibrações, salta para uma nova posição, onde continua a oscilar. A partir de dados de espalhamento de raios X e nêutrons, é possível calcular a função densidade de distribuição de partículas  dependendo da distância r de uma partícula escolhida como centro. Na presença de ordem de longo alcance em um sólido cristalino, a função (r) tem vários máximos e mínimos claros. Num líquido, devido à alta mobilidade das partículas, apenas a ordem de curto alcance é mantida. Isto decorre claramente dos padrões de difração de raios X de líquidos: a função (r) para um líquido tem um primeiro máximo claro, um segundo embaçado e então (r) = const. A teoria cinética descreve a fusão da seguinte forma. Na estrutura cristalina de um sólido, sempre há pequenas quantidades de lacunas (buracos) que vagam lentamente pelo cristal. Quanto mais próxima a temperatura estiver do ponto de fusão, maior será a concentração de “buracos” e mais rápido eles se moverão através da amostra. No ponto de fusão, o processo de formação de “buracos” adquire um caráter cooperativo semelhante ao de uma avalanche, o sistema de partículas torna-se dinâmico, a ordem de longo alcance desaparece e surge a fluidez. O papel decisivo na fusão é desempenhado pela formação de volume livre no líquido, o que torna o sistema fluido. A diferença mais importante entre um corpo cristalino líquido e um sólido é que existe um volume livre no líquido, uma parte significativa do qual tem a forma de flutuações (“buracos”), cujo movimento através do líquido lhe dá tal qualidade característica como fluidez. O número desses “buracos”, seu volume e mobilidade dependem da temperatura. Em baixas temperaturas, um líquido, se não se transformou em corpo cristalino, torna-se um sólido amorfo com baixíssima fluidez devido à diminuição do volume e da mobilidade dos “buracos”. Junto com a teoria cinética, a teoria estatística dos líquidos vem se desenvolvendo com sucesso nas últimas décadas.

Estrutura do gelo e da água. O líquido mais importante e comum em condições normais é a água. Esta é a molécula mais comum na Terra! É um excelente solvente. Por exemplo, todos os fluidos biológicos contêm água. A água dissolve muitas substâncias inorgânicas (sais, ácidos, bases) e orgânicas (álcoois, açúcares, ácidos carboxílicos, aminas). Qual é a estrutura desse líquido? Teremos novamente que retornar à questão que consideramos na primeira palestra, a saber, a uma interação intermolecular específica como a ligação de hidrogênio. A água, tanto na forma líquida quanto na cristalina, apresenta propriedades anômalas precisamente devido à presença de muitas ligações de hidrogênio. Quais são essas propriedades anômalas: alto ponto de ebulição, alto ponto de fusão e alta entalpia de vaporização. Vejamos primeiro o gráfico, depois a tabela e depois o diagrama de uma ligação de hidrogênio entre duas moléculas de água. Na verdade, cada molécula de água coordena 4 outras moléculas de água em torno de si: duas devido ao oxigênio, como doador de dois pares de elétrons solitários para dois hidrogênios protonados, e duas devido aos hidrogênios protonados, coordenados com os oxigênios de outras moléculas de água. Na palestra anterior mostrei um slide com gráficos de ponto de fusão, ponto de ebulição e entalpia de vaporização de hidretos do grupo VI dependendo do período. Essas dependências apresentam uma clara anomalia para o hidreto de oxigênio. Todos esses parâmetros para a água são visivelmente superiores aos previstos a partir da dependência quase linear dos seguintes hidretos de enxofre, selênio e telúrio. Explicamos isso pela existência de uma ligação de hidrogênio entre o hidrogênio protonado e o aceitador de densidade eletrônica - o oxigênio. A ligação de hidrogênio é estudada com mais sucesso usando espectroscopia infravermelha vibracional. O grupo OH livre tem uma energia vibracional característica que faz com que a ligação O-H se alongue e encurte alternadamente, dando origem a uma banda característica no espectro de absorção infravermelho da molécula. No entanto, se o grupo OH estiver envolvido numa ligação de hidrogénio, o átomo de hidrogénio fica ligado aos átomos de ambos os lados e, assim, a sua vibração é “amortecida” e a frequência diminui. A tabela a seguir mostra que aumentar a força e a “concentração” da ligação de hidrogênio leva a uma diminuição na frequência de absorção. Na figura acima, a curva 1 corresponde ao máximo do espectro de absorção infravermelha dos grupos OH no gelo (onde todas as ligações H estão conectadas); a curva 2 corresponde ao máximo do espectro de absorção infravermelho de grupos O-H de moléculas individuais de H2O dissolvidas em CCl4 (onde não há ligações H - a solução de H2O em CCl4 é muito diluída); e a curva 3 corresponde ao espectro de absorção da água líquida. Se na água líquida existissem dois tipos de grupos O-H - aqueles que formam ligações de hidrogênio e aqueles que não o fazem - e alguns grupos O-H na água vibrariam da mesma maneira (com a mesma frequência) que no gelo (onde formam H- ligações), e outros - como no ambiente de CCl4 (onde não formam ligações H). Então o espectro da água teria dois máximos, correspondendo a dois estados de grupos OH, suas duas frequências de vibração características: com a frequência em que o grupo vibra, ele absorve luz. Mas a imagem de “dois máximos” não é observada! Em vez disso, na curva 3 vemos um máximo muito borrado, estendendo-se do máximo da curva 1 ao máximo da curva 2. Isso significa que todos os grupos OH na água líquida formam ligações de hidrogênio - mas todas essas ligações têm uma energia diferente, “ solto” (tem energia diferente) e de maneiras diferentes. Isto mostra que a imagem em que algumas das ligações de hidrogénio na água são quebradas e outras são preservadas é, estritamente falando, incorrecta. No entanto, é tão simples e conveniente para descrever as propriedades termodinâmicas da água que é amplamente utilizado - e também iremos abordá-lo. Mas devemos ter em mente que não é totalmente preciso.
Assim, a espectroscopia IR é um método poderoso para estudar ligações de hidrogênio, e muitas informações sobre a estrutura de líquidos e sólidos associados a ela foram obtidas usando este método espectral. Como resultado, para a água líquida, o modelo semelhante ao gelo (modelo de O.Ya. Samoilov) é um dos mais geralmente aceitos. De acordo com este modelo, a água líquida tem uma estrutura tetraédrica semelhante a gelo perturbada pelo movimento térmico (evidência e consequência do movimento térmico - movimento browniano, que foi observado pela primeira vez pelo botânico inglês Robert Brown em 1827 no pólen sob um microscópio) (cada água molécula em um cristal de gelo está conectada por ligações de hidrogênio com uma energia reduzida em comparação com aquela do gelo - ligações de hidrogênio “soltas”) com quatro moléculas de água ao seu redor), os vazios desta estrutura são parcialmente preenchidos com moléculas de água, e as moléculas de água localizados nos vazios e nos nós da estrutura semelhante ao gelo são energeticamente desiguais.

Ao contrário da água, em um cristal de gelo, nos nós da rede cristalina existem moléculas de água de igual energia e só podem realizar movimentos vibracionais. Nesse cristal existe ordem de curto e longo alcance. Na água líquida (como no líquido polar), alguns elementos da estrutura cristalina são preservados (e mesmo na fase gasosa, as moléculas líquidas são ordenadas em aglomerados pequenos e instáveis), mas não há ordem de longo alcance. Assim, a estrutura de um líquido difere da estrutura de um gás na presença de ordem de curto alcance, mas difere da estrutura de um cristal na ausência de ordem de longo alcance. Isto é demonstrado de forma mais convincente pelo estudo da dispersão de raios X. Os três vizinhos de cada molécula na água líquida estão localizados em uma camada e estão a uma distância maior dela (0,294 nm) do que a quarta molécula da camada adjacente (0,276 nm). Cada molécula de água na estrutura semelhante ao gelo forma uma ligação espelhada (forte) e três ligações centralmente simétricas (menos fortes). A primeira refere-se às ligações entre as moléculas de água de uma determinada camada e as camadas vizinhas, as demais - às ligações entre as moléculas de água da mesma camada. Portanto, um quarto de todas as conexões são simétricas em espelho e três quartos são simétricas centralmente. Ideias sobre o ambiente tetraédrico das moléculas de água levaram à conclusão de que sua estrutura é altamente delicada e a presença de vazios nela, cujas dimensões são iguais ou maiores que as dimensões das moléculas de água.

Elementos da estrutura da água líquida. a - tetraedro de água elementar (círculos abertos - átomos de oxigênio, metades pretas - possíveis posições de prótons na ligação de hidrogênio); b - arranjo espelhado simétrico de tetraedros; c - arranjo centralmente simétrico; d - localização dos centros de oxigênio na estrutura do gelo comum. A água é caracterizada por forças significativas de interação intermolecular devido às ligações de hidrogênio, que formam uma rede espacial. Como dissemos na palestra anterior, uma ligação de hidrogênio é causada pela capacidade de um átomo de hidrogênio conectado a um elemento eletronegativo formar uma ligação adicional com um átomo eletronegativo de outra molécula. A ligação de hidrogênio é relativamente forte e equivale a vários 20-30 quilojoules por mol. Em termos de força, ocupa um lugar intermediário entre a energia de van der Waals e a energia de uma ligação iônica típica. Em uma molécula de água, a energia da ligação química H-O é 456 kJ/mol, e a energia da ligação de hidrogênio H…O é 21 kJ/mol.

Compostos de hidrogênio
Peso molecular Temperatura,  C
Ebulição Congelante
H2Te 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
H2O 18 0! +100!

Estrutura de gelo. Gelo normal. Linha pontilhada - ligações H. Na estrutura aberta do gelo, são visíveis pequenas cavidades cercadas por moléculas de H2O.
Assim, a estrutura do gelo é uma estrutura aberta de moléculas de água conectadas entre si apenas por ligações de hidrogênio. A disposição das moléculas de água na estrutura do gelo determina a presença de amplos canais na estrutura. À medida que o gelo derrete, as moléculas de água “caem” nestes canais, o que explica o aumento da densidade da água em comparação com a densidade do gelo. Os cristais de gelo ocorrem na forma de placas hexagonais regulares, formações tabulares e intercrescimentos de formas complexas. A estrutura do gelo normal é ditada por ligações H de hidrogênio: é boa para a geometria dessas ligações (o OH está voltado diretamente para o O), mas não tão bom para o contato estreito de Vander Waals das moléculas de H2O. Portanto, a estrutura do gelo é aberta: nele, as moléculas de H2O envolvem poros microscópicos (menores que o tamanho de uma molécula de H2O). A estrutura rendada do gelo leva a dois efeitos bem conhecidos: (1) o gelo é menos denso que a água, flutua nela; e (2) sob forte pressão - por exemplo, a lâmina de um patim derrete o gelo. A maioria das ligações de hidrogênio que existem no gelo também são preservadas na água líquida. Isto decorre do pequeno calor de fusão do gelo (80 cal/g) comparado ao calor de ebulição da água (600 cal/g a 0°C). Poderíamos dizer que na água líquida apenas 80/(600+80) = 12% das ligações H existentes no gelo são quebradas. No entanto, esta imagem – de que algumas das ligações de hidrogénio na água estão quebradas e outras são preservadas – não é totalmente precisa: em vez disso, todas as ligações de hidrogénio na água estão a perder-se. Isto é bem ilustrado pelos seguintes dados experimentais.

Estrutura de soluções. Dos exemplos específicos da água, passemos para outros líquidos. Diferentes líquidos diferem uns dos outros no tamanho de suas moléculas e na natureza das interações intermoleculares. Assim, em cada líquido específico existe uma certa estrutura pseudocristalina, caracterizada por uma ordem de curto alcance e, em certa medida, uma reminiscência da estrutura obtida quando um líquido congela e se transforma em sólido. Quando outra substância é dissolvida, ou seja, Quando uma solução é formada, a natureza das interações intermoleculares muda e uma nova estrutura aparece com um arranjo de partículas diferente do que em um solvente puro. Esta estrutura depende da composição da solução e é específica para cada solução específica. A formação de soluções líquidas é geralmente acompanhada por um processo de solvatação, ou seja, alinhamento das moléculas do solvente em torno das moléculas do soluto devido à ação das forças intermoleculares. Existem solvatações de curto e longo alcance, ou seja, As conchas de solvatação primária e secundária são formadas em torno das moléculas (partículas) da substância dissolvida. Na camada de solvatação primária, existem moléculas de solvente próximas, que se movem junto com as moléculas de soluto. O número de moléculas de solvente localizadas na camada de solvatação primária é chamado de número de coordenação de solvatação, que depende tanto da natureza do solvente quanto da natureza do soluto. A camada de solvatação secundária inclui moléculas de solvente localizadas a distâncias significativamente maiores e afetam os processos que ocorrem na solução devido à interação com a camada de solvatação primária.
Ao considerar a estabilidade dos solvatos, é feita uma distinção entre estabilidade cinética e termodinâmica.
Em soluções aquosas, as características quantitativas da hidratação cinética (O.Ya. Samoilov) são os valores i/ e Ei=Ei-E, onde i e  são o tempo médio de residência das moléculas de água no equilíbrio posição próxima ao i-ésimo íon e em água pura, e Ei e E são a energia de ativação da troca e a energia de ativação do processo de autodifusão na água. Essas quantidades estão relacionadas entre si por uma relação aproximada:
i/  exp(Ei/RT) Neste caso,
se EI  0, i/  1 (a troca de moléculas de água mais próximas do íon ocorre com menos frequência (mais lenta) do que a troca entre moléculas em água pura) – hidratação positiva
se EI  0, i/  1 (a troca de moléculas de água mais próximas do íon ocorre com mais frequência (mais rápido) do que a troca entre moléculas em água pura) – hidratação negativa

Assim, para o íon de lítio EI = 1,7 kJ/mol, e para o íon de césio Ei= - 1,4 kJ/mol, ou seja, um pequeno íon de lítio “duro” retém moléculas de água com mais força do que um íon grande e “difuso” de césio com a mesma carga. A estabilidade termodinâmica dos solvatos resultantes é determinada pela mudança na energia de Gibbs durante a solvatação (solvG) = (solvH) - T(solvS). Quanto mais negativo for esse valor, mais estável será o solvato. Isto é determinado principalmente por valores negativos da entalpia de solvatação.
O conceito de soluções e teorias de soluções. As verdadeiras soluções são obtidas espontaneamente quando duas ou mais substâncias entram em contato, devido à destruição das ligações entre partículas de um tipo e à formação de ligações de outro tipo, e à distribuição da substância pelo volume devido à difusão. As soluções de acordo com suas propriedades são divididas em ideais e reais, soluções de eletrólitos e não eletrólitos, diluídas e concentradas, insaturadas, saturadas e supersaturadas. As propriedades dos rasters dependem da natureza e magnitude do FMI. Essas interações podem ser de natureza física (forças de van der Waals) e de natureza físico-química complexa (ligação de hidrogênio, complexos íon-moleculares, de transferência de carga, etc.). O processo de formação de soluções é caracterizado pela manifestação simultânea de forças atrativas e repulsivas entre partículas em interação. Na ausência de forças repulsivas, as partículas se fundiriam (grudariam) e os líquidos poderiam ser comprimidos indefinidamente; na ausência de forças atrativas, não seria possível obter líquidos ou sólidos. Na palestra anterior, examinamos as teorias físicas e químicas das soluções.
No entanto, a criação de uma teoria unificada de soluções encontra dificuldades significativas e atualmente ainda não foi criada, embora estejam sendo realizadas pesquisas utilizando os mais modernos métodos de mecânica quântica, termodinâmica estatística e física, química de cristais, difração de raios X análise, métodos ópticos e métodos de RMN. Campo reativo. Continuando nossa consideração das forças de interação intermolecular, consideremos o conceito de “campo reativo”, que é importante para a compreensão da estrutura e estrutura da matéria condensada e dos gases reais, em particular do estado líquido e, portanto, de toda a físico-química. de soluções líquidas.
O campo reativo ocorre em misturas de moléculas polares e apolares, por exemplo, para misturas de hidrocarbonetos e ácidos naftênicos. As moléculas polares influenciam um campo de certa simetria (a simetria do campo é determinada pela simetria dos orbitais moleculares vagos) e intensidade H em moléculas não polares. Estes últimos são polarizados devido à separação de cargas, o que leva ao aparecimento (indução) de um dipolo. Uma molécula com dipolo induzido, por sua vez, afeta uma molécula polar, alterando seu campo eletromagnético, ou seja, excita um campo reativo (resposta). O surgimento de um campo reativo leva a um aumento na energia de interação das partículas, que se expressa na criação de fortes camadas de solvatação de moléculas polares em uma mistura de moléculas polares e apolares.
A energia do campo reativo é calculada usando a seguinte fórmula: onde:
sinal “-” - determina a atração das moléculas
S – permissividade elétrica estática
infinito – constante dielétrica devido à polarizabilidade eletrônica e atômica das moléculas
NA - número de Avogadro
VM – volume ocupado por 1 mol de uma substância polar em um líquido isotrópico v = momento de dipolo
ER - energia de 1 mol de substância polar em solução
O conceito de “campo reativo” nos permitirá compreender melhor a estrutura de líquidos e soluções puras. A abordagem química quântica para o estudo do campo reativo foi desenvolvida nos trabalhos de M. V. Bazilevsky e seus colegas do Instituto de Pesquisa Científica de Física e Química que leva seu nome. L. Ya. Karpova Assim, o problema do estado líquido aguarda seus jovens pesquisadores. As cartas estão em suas mãos.

Todos os objetos e coisas que nos rodeiam todos os dias são compostos de diversas substâncias. Ao mesmo tempo, estamos acostumados a considerar apenas algo sólido como objetos e coisas - por exemplo, uma mesa, uma cadeira, uma xícara, uma caneta, um livro e assim por diante.

Três estados da matéria

Mas não consideramos a água da torneira ou o vapor do chá quente como objetos e coisas. Mas tudo isso também faz parte do mundo físico, só que os líquidos e os gases estão em um estado diferente da matéria. Então, Existem três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. E qualquer substância pode estar em cada um desses estados, por sua vez. Se tirarmos um cubo de gelo do congelador e aquecê-lo, ele derreterá e se transformará em água. Se deixarmos o queimador ligado, a água aquecerá até 100 graus Celsius e logo se transformará em vapor. Assim, observamos a mesma substância, ou seja, o mesmo conjunto de moléculas, por sua vez em diferentes estados da matéria. Mas se as moléculas permanecerem as mesmas, o que muda então? Por que o gelo é duro e mantém sua forma, a água assume facilmente o formato de uma xícara e o vapor se espalha completamente em diferentes direções? É tudo uma questão de estrutura molecular.

Estrutura molecular de sólidos de tal forma que as moléculas estão localizadas muito próximas umas das outras (a distância entre as moléculas é muito menor que o tamanho das próprias moléculas), e é muito difícil mover as moléculas neste arranjo. Portanto, os sólidos retêm volume e mantêm sua forma. Estrutura molecular do líquido caracterizado pelo fato de a distância entre as moléculas ser aproximadamente igual ao tamanho das próprias moléculas, ou seja, as moléculas não estão mais tão próximas como nos sólidos. Isso significa que eles são mais fáceis de se moverem uns em relação aos outros (razão pela qual os líquidos assumem formas diferentes com tanta facilidade), mas a força atrativa das moléculas ainda é suficiente para evitar que as moléculas se separem e mantenham seu volume. E aqui estrutura molecular do gás, pelo contrário, não permite que o gás mantenha o volume ou a forma. A razão é que a distância entre as moléculas do gás é muito maior do que o tamanho das próprias moléculas, e mesmo a menor força pode destruir esse sistema instável.

O motivo da transição de uma substância para outro estado

Agora vamos descobrir qual é o motivo da transição de uma substância de um estado para outro. Por exemplo, por que o gelo se transforma em água quando aquecido? A resposta é simples: A energia térmica do queimador é convertida na energia interna das moléculas de gelo. Tendo recebido essa energia, as moléculas de gelo começam a vibrar cada vez mais rápido e, no final, ficam fora de controle das moléculas vizinhas. Se desligarmos o aquecedor, a água continuará sendo água, mas se deixarmos ligada, a água se transformará em vapor por um motivo já conhecido aí.

Pelo fato dos sólidos reterem volume e forma, são eles que associamos ao mundo que nos rodeia. Mas se olharmos de perto, descobriremos que os gases e os líquidos também ocupam uma parte importante do mundo físico. Por exemplo, o ar que nos rodeia consiste em uma mistura de gases, o principal dos quais, o nitrogênio, também pode ser líquido - mas para isso deve ser resfriado a uma temperatura de quase 200 graus Celsius negativos. Mas o principal elemento de uma pata comum - um filamento de tungstênio - pode ser derretido, ou seja, transformado em líquido, ao contrário, apenas a uma temperatura de 3.422 graus Celsius.