Mësimi nr. 2/5 2

Tema nr 26: “Modeli i strukturës së lëngut. Çiftet e ngopura dhe të pangopura. Lagështia e ajrit”.

1 Modeli i strukturës së lëngshme

Një i lëngshëm nga gjendjet e lëndës. Vetia kryesore e një lëngu, e cila e dallon atë nga gjendjet e tjera të grumbullimit, është aftësia për të ndryshuar në mënyrë të pakufizuar formën e tij nën ndikimin e streseve mekanike tangjenciale, madje edhe në mënyrë arbitrare të vogla, duke ruajtur praktikisht vëllimin e tij.

Fig.1

Gjendja e lëngshme zakonisht konsiderohet e ndërmjetme ndërmjet të ngurtë dhe të gaztë : një gaz nuk ruan as vëllimin as formën, por një e ngurtë i ruan të dyja.

Molekulat lëngjet nuk kanë një pozicion të caktuar, por në të njëjtën kohë nuk kanë liri të plotë të lëvizjes. Mes tyre ka një tërheqje, aq e fortë sa për t'i mbajtur pranë.

Një substancë në gjendje të lëngshme ekziston në një gamë të caktuar temperaturat , poshtë të cilit kthehet nëgjendje e ngurtë(ndodh kristalizimi ose shndërrimi në një gjendje të ngurtë amorfe qelqi), sipër në të gaztë (ndodh avullimi). Kufijtë e këtij intervali varen nga presioni

Të gjitha lëngjet zakonisht ndahen në lëngje të pastra dhe përzierjet . Disa përzierje të lëngjeve kanë një rëndësi të madhe për jetën: gjaku, uji i detit etj. Lëngjet mund të kryejnë funksionin tretës

Vetia kryesore e lëngjeve është rrjedhshmëria. Nëse aplikoni në një pjesë të lëngut që është në ekuilibër forca e jashtme , atëherë lind një rrjedhë e grimcave të lëngshme në drejtimin në të cilin zbatohet kjo forcë: lëngu rrjedh. Kështu, nën ndikimin e forcave të jashtme të pabalancuara, lëngu nuk ruan formën e tij dhe rregullimin relativ të pjesëve, dhe për këtë arsye merr formën e enës në të cilën ndodhet.

Ndryshe nga lëndët e ngurta plastike, lëngjet nuk kanëforca e rendimentit: mjafton të aplikoni një forcë të jashtme arbitrarisht të vogël për të bërë rrjedhjen e lëngut.

Një nga vetitë karakteristike të një lëngu është se ai ka një vëllim të caktuar ( në kushte konstante të jashtme). Lëngu është jashtëzakonisht i vështirë për t'u ngjeshur mekanikisht sepse, ndryshe nga gazi , ka shumë pak hapësirë ​​të lirë ndërmjet molekulave. Presioni i ushtruar në një lëng të mbyllur në një enë transmetohet pa ndryshim në secilën pikë të vëllimit të këtij lëngu ( Ligji i Paskalit , vlen edhe për gazrat). Kjo veçori, së bashku me kompresueshmërinë shumë të ulët, përdoret në makinat hidraulike.

Lëngjet në përgjithësi rriten në vëllim (zgjerohen) kur nxehen dhe ulen në vëllim (kontraktohen) kur ftohen. Megjithatë, ka përjashtime, për shembull, ujë tkurret kur nxehet, në presion normal dhe në temperatura nga 0 °C në afërsisht 4 °C.

Përveç kësaj, karakterizohen lëngjet (si gazet). viskozitetit . Përkufizohet si aftësia për t'i rezistuar lëvizjes së një pjese në lidhje me një tjetër, domethënë si fërkim i brendshëm.

Kur shtresat ngjitur të lëngut lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën, përplasjet e molekulave ndodhin në mënyrë të pashmangshme përveç asaj të shkaktuar ngalëvizje termike. Shfaqen forca që pengojnë lëvizjen e rregullt. Në këtë rast, energjia kinetike e lëvizjes së rendit shndërrohet në energji termike të lëvizjes kaotike të molekulave.

Lëngu në enë, i vënë në lëvizje dhe i lënë në duart e veta, gradualisht do të ndalet, por temperatura e tij do të rritet.Në një avull, si një gaz, pothuajse mund të injorohen forcat ngjitëse dhe të konsiderohen lëvizjet si fluturimi i lirë i molekulave dhe përplasja e tyre me njëri-tjetrin dhe me trupat përreth (muret dhe lëngu që mbulojnë pjesën e poshtme të enës). Në një lëng, molekulat, si në një të ngurtë, ndërveprojnë fort, duke mbajtur njëra-tjetrën. Megjithatë, ndërsa në një trup të ngurtë secila molekulë ruan një pozicion ekuilibri të përcaktuar pafundësisht brenda trupit dhe lëvizja e saj reduktohet në lëkundje rreth këtij pozicioni ekuilibri, natyra e lëvizjes në një lëng është e ndryshme. Molekulat e lëngshme lëvizin shumë më lirshëm se molekulat e ngurta, megjithëse jo aq lirshëm sa molekulat e gazit. Çdo molekulë në një lëng lëviz aty-këtu për ca kohë, pa u larguar, megjithatë, nga fqinjët e saj. Kjo lëvizje i ngjan dridhjes së një molekule të ngurtë rreth pozicionit të saj ekuilibër. Megjithatë, herë pas here, një molekulë e lëngshme ikën nga mjedisi i saj dhe lëviz në një vend tjetër, duke përfunduar në një mjedis të ri, ku përsëri kryen një lëvizje të ngjashme me dridhjen për disa kohë.

Kështu, lëvizja e molekulave të lëngshme është diçka si një përzierje e lëvizjeve në një të ngurtë dhe në një gaz: lëvizja "osciluese" në një vend zëvendësohet nga një kalim "i lirë" nga një vend në tjetrin. Në përputhje me këtë, struktura e një lëngu është diçka midis strukturës së një trupi të ngurtë dhe strukturës së një gazi. Sa më e lartë të jetë temperatura, d.m.th., sa më e madhe të jetë energjia kinetike e molekulave të lëngshme, aq më i madh është roli që luan lëvizja "e lirë": aq më të shkurtra janë intervalet e gjendjes "dridhëse" të molekulës dhe aq më shpesh kalimet "të lira", d.m.th. , aq më shumë lëngu bëhet si gaz. Në një temperaturë mjaft të lartë karakteristike të çdo lëngu (e ashtuquajtura temperaturë kritike), vetitë e lëngut nuk ndryshojnë nga vetitë e një gazi shumë të ngjeshur.

2 Çiftet e ngopura dhe të pangopura dhe vetitë e tyre

Mbi sipërfaqen e lirë të një lëngu ka gjithmonë avuj të këtij lëngu. Nëse ena me lëngun nuk është e mbyllur, atëherë përqendrimi i grimcave të avullit në një temperaturë konstante mund të ndryshojë brenda kufijve të gjerë, poshtë dhe lart.

Procesi i avullimit në një hapësirë ​​të kufizuar(enë e mbyllur me lëng)mund të ndodhë në një temperaturë të caktuar vetëm deri në një kufi të caktuar. Kjo shpjegohet me faktin se kondensimi i avullit ndodh njëkohësisht me avullimin e lëngut. Së pari, numri i molekulave që fluturojnë nga lëngu në 1 s është më i madh se numri i molekulave që kthehen prapa, dhe dendësia, dhe për rrjedhojë presioni i avullit, rritet. Kjo çon në një rritje të shkallës së kondensimit. Pas ca kohësh, ndodh ekuilibri dinamik, në të cilin dendësia e avullit mbi lëngun bëhet konstante.

Avulli që është në gjendje ekuilibri dinamik me lëngun e tij quhet avull i ngopur. Avulli që nuk është në gjendje ekuilibri dinamik me lëngun e tij quhet i pangopur.

Përvoja tregon se çiftet e pangopura u binden të gjithëve ligjet e gazit , dhe sa më saktë të jenë ato nga ngopja, avujt e ngopur karakterizohen nga vetitë e mëposhtme:

1. dendësia dhe presioni i avullit të ngopur në një temperaturë të caktuar këto janë dendësia dhe presioni maksimal që mund të ketë avulli në një temperaturë të caktuar;
2. Dendësia dhe presioni i avullit të ngopur varet nga lloji i substancës. Sa më e ulët të jetë nxehtësia specifike e avullimit të një lëngu, aq më shpejt ai avullohet dhe aq më i madh është presioni dhe dendësia e avullit të tij;
3. presioni dhe dendësia e avullit të ngopur përcaktohen në mënyrë unike nga temperatura e tij (nuk varet nga mënyra se si avulli arriti këtë temperaturë: gjatë ngrohjes ose ftohjes);
4. presioni dhe dendësia e avullit rriten me shpejtësi me rritjen e temperaturës (Fig. 1, a, b).

Përvoja tregon se kur një lëng nxehet, niveli i lëngut në një enë të mbyllur zvogëlohet. Rrjedhimisht, masa dhe dendësia e avullit rriten. Një rritje më e fortë e presionit të avullit të ngopur në krahasim me një gaz ideal (ligji i Gay-Lussac nuk është i zbatueshëm për avujt e ngopur) shpjegohet me faktin se këtu presioni rritet jo vetëm për shkak të rritjes së energjisë mesatare kinetike të molekulave. (si në një gaz ideal), por edhe për shkak të rritjes së përqendrimit të molekulave;

1. në temperaturë konstante, presioni dhe dendësia e avullit të ngopur nuk varen nga vëllimi. Për krahasim, Figura 2 tregon izotermat e një gazi ideal (a) dhe avullit të ngopur (b).

Oriz. 2

Përvoja tregon se gjatë zgjerimit izotermik niveli i lëngut në enë zvogëlohet, dhe gjatë ngjeshjes rritet, d.m.th. numri i molekulave të avullit ndryshon në mënyrë që dendësia e avullit të mbetet konstante.

3 Lagështia

Ajri që përmban avujt e ujit quhet i lagur . Për të karakterizuar përmbajtjen e avullit të ujit në ajër, futen një sërë sasish: lagështia absolute, presioni i avullit të ujit dhe lagështia relative.

Lagështia absoluteρ ajri është një sasi numerikisht e barabartë me masën e avullit të ujit që përmbahet në 1 m 3 ajri (d.m.th. dendësia e avullit të ujit në ajër në kushte të caktuara).

Presioni i avullit të ujit p është presioni i pjesshëm i avullit të ujit që gjendet në ajër. Njësitë SI të lagështisë absolute dhe elasticitetit janë përkatësisht kilogram për metër kub (kg/m 3) dhe paskal (Pa).

Nëse dihet vetëm lagështia absolute ose presioni i avullit të ujit, është ende e pamundur të gjykohet se sa i thatë ose i lagësht është ajri. Për të përcaktuar shkallën e lagështisë së ajrit, duhet të dini nëse avulli i ujit është afër ose larg ngopjes.

Lagështia relative ajri φ është raporti i lagështisë absolute ndaj densitetit i shprehur në përqindjeρ 0 avulli i ngopur në një temperaturë të caktuar (ose raporti i presionit të avullit të ujit me presionin p 0 avulli i ngopur në një temperaturë të caktuar):

Sa më e ulët të jetë lagështia relative, sa më larg të jetë avulli nga ngopja, aq më intensiv ndodh avullimi. Presioni i avullit të ngopur p 0 në një vlerë të caktuar të tabelës së temperaturës. Presioni i avullit të ujit (dhe për rrjedhojë lagështia absolute) përcaktohet nga pika e vesës.

Kur ftohet në mënyrë izobare në një temperaturë tp avulli bëhet i ngopur dhe gjendja e tij përfaqësohet me një pikë NË . Temperatura tp , në të cilën avulli i ujit bëhet i ngopur quhet pika e vesës . Kur ftohet nën pikën e vesës, fillon kondensimi i avullit: shfaqet mjegull, bie vesa dhe dritaret mjegullohen.

4 Matja e lagështisë së ajrit

Instrumentet matëse përdoren për të matur lagështinë e ajrit higrometra. Ekzistojnë disa lloje të higrometrave, por më kryesorët janë: flokët dhe psikometrike.

Meqenëse është e vështirë të matet drejtpërdrejt presioni i avullit të ujit në ajër, matet lagështia relativenë mënyrë indirekte.

Parimi i funksionimithigrometër i flokëvebazuar në vetinë e flokëve të dhjamosur (njerëz ose kafshë)ndryshoni gjatësinë tuajvarësisht nga lagështia e ajrit në të cilin ndodhet.

Flokët shtrirë mbi një kornizë metalike. Ndryshimi në gjatësinë e flokëve transmetohet në shigjetën që lëviz përgjatë shkallës. Në dimër, një higrometër i flokëve është instrumenti kryesor për matjen e lagështisë së ajrit të jashtëm.

Një higrometër më i saktë është një higrometër psikrometrik psikometër
(në greqisht të tjera "psychros" do të thotë i ftohtë).
Dihet se lagështia relative e ajrit varet shkalla e avullimit.
Sa më e ulët të jetë lagështia e ajrit, aq më e lehtë është që lagështia të avullojë.

Psikrometri ka dy termometra . Njëra është e zakonshme, e quajnë thatë Ai mat temperaturën e ajrit të ambientit. Llamba e një termometri tjetër mbështillet me një fitil pëlhure dhe vendoset në një enë me ujë. Termometri i dytë nuk tregon temperaturën e ajrit, por temperaturën e fitilit të lagësht, prandaj emri i hidratuar termometri. Sa më e ulët të jetë lagështia e ajrit, aq më intensive lagështia avullohet nga fitili, sa më e madhe të hiqet sasia e nxehtësisë për njësi të kohës nga termometri i lagur, aq më të ulëta janë leximet e tij, prandaj, aq më i madh është ndryshimi midis leximeve të termometrave të thatë dhe të lagur.

Pika e vesës përcaktohet duke përdorur higrometra. Higrometri i kondensimit është një kuti metalike A , muri ballor TE e cila është e lëmuar mirë (Fig. 2) Brenda kutisë derdhet një eter i lëngshëm që avullohet lehtë dhe futet një termometër. Kalimi i ajrit nëpër kuti duke përdorur një llambë gome G , shkaktojnë avullim të fortë të eterit dhe ftohje të shpejtë të kutisë. Duke përdorur një termometër, vëreni temperaturën në të cilën pikat e vesës shfaqen në sipërfaqen e lëmuar të murit. TE . Presioni në zonën ngjitur me murin mund të konsiderohet konstant, pasi kjo zonë komunikon me atmosferën dhe ulja e presionit për shkak të ftohjes kompensohet nga një rritje në përqendrimin e avullit. Shfaqja e vesës tregon se avulli i ujit është ngopur. Duke ditur temperaturën e ajrit dhe pikën e vesës, mund të gjeni presionin e pjesshëm të avullit të ujit dhe lagështinë relative.

Oriz. 2

5 Probleme që duhen zgjidhur në mënyrë të pavarur

Problemi 1

Jashtë është shi i ftohtë vjeshte. Në cilin rast rrobat e varura në kuzhinë do të thahen më shpejt: kur dritarja është e hapur apo kur është e mbyllur? Pse?

Problemi 2

Lagështia e ajrit është 78%, dhe leximi i llambës së thatë është 12 °C. Çfarë temperature tregon termometri me llambë të lagësht?(Përgjigje: 10 °C.)

Problemi 3

Dallimi në leximet e termometrave të thatë dhe të lagësht është 4 °C. Lagështia relative 60%. Cilat janë leximet e llambave të thata dhe të lagështa?(Përgjigje: t c -l9 °С, t m ​​= 10 °С.)

E gjithë lënda jo e gjallë përbëhet nga grimca që mund të sillen ndryshe. Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë ka karakteristikat e veta. Grimcat në trupat e ngurtë mbahen së bashku duke qenë shumë afër njëra-tjetrës, gjë që i bën ato shumë të forta. Përveç kësaj, ata mund të mbajnë një formë të caktuar, pasi grimcat e tyre më të vogla praktikisht nuk lëvizin, por vetëm dridhen. Molekulat në lëngje janë mjaft afër njëra-tjetrës, por ato mund të lëvizin lirshëm, kështu që nuk kanë formën e tyre. Grimcat në gazra lëvizin shumë shpejt dhe zakonisht ka shumë hapësirë ​​rreth tyre, që do të thotë se ato mund të kompresohen lehtësisht.

Vetitë dhe struktura e trupave të ngurtë

Cila është struktura dhe tiparet strukturore të trupave të ngurtë? Ato përbëhen nga grimca që ndodhen shumë afër njëra-tjetrës. Ata nuk mund të lëvizin dhe për këtë arsye forma e tyre mbetet e fiksuar. Cilat janë vetitë e një trupi të ngurtë? Nuk ngjesh, por nëse nxehet, vëllimi i tij do të rritet me rritjen e temperaturës. Kjo ndodh sepse grimcat fillojnë të dridhen dhe lëvizin, duke bërë që dendësia të ulet.

Një nga karakteristikat e trupave të ngurtë është se ato kanë një formë konstante. Kur një lëndë e ngurtë nxehet, lëvizja e grimcave rritet. Grimcat që lëvizin më shpejt përplasen më fort, duke bërë që çdo grimcë të shtyjë fqinjët e saj. Prandaj, rritja e temperaturës zakonisht rezulton në një rritje të forcës së trupit.

Struktura kristalore e trupave të ngurtë

Forcat ndërmolekulare të bashkëveprimit midis molekulave fqinje të një trupi të ngurtë janë mjaft të forta për t'i mbajtur ato në një pozicion fiks. Nëse këto grimca më të vogla janë në një konfigurim shumë të renditur, atëherë struktura të tilla zakonisht quhen kristalore. Çështjet e rendit të brendshëm të grimcave (atomeve, joneve, molekulave) të një elementi ose komponimi trajtohen nga një shkencë e veçantë - kristalografia.

Lëndët e ngurta janë gjithashtu me interes të veçantë. Duke studiuar sjelljen e grimcave dhe mënyrën se si ato janë të strukturuara, kimistët mund të shpjegojnë dhe parashikojnë se si do të sillen disa lloje materialesh në kushte të caktuara. Grimcat më të vogla të një trupi të ngurtë janë të vendosura në një rrjetë. Ky është i ashtuquajturi rregullim i rregullt i grimcave, ku lidhjet e ndryshme kimike ndërmjet tyre luajnë një rol të rëndësishëm.

Teoria e brezit të strukturës së një trupi të ngurtë e konsideron atë si një koleksion atomesh, secila prej të cilave, nga ana tjetër, përbëhet nga një bërthamë dhe elektrone. Në strukturën kristalore, bërthamat e atomeve ndodhen në nyjet e rrjetës kristalore, e cila karakterizohet nga një periodicitet hapësinor i caktuar.

Cila është struktura e një lëngu?

Struktura e lëndëve të ngurta dhe të lëngshme është e ngjashme në atë që grimcat nga të cilat ato përbëhen ndodhen në një distancë të afërt. Dallimi është se molekulat lëvizin lirshëm, pasi forca e tërheqjes midis tyre është shumë më e dobët sesa në një trup të ngurtë.

Çfarë veti ka lëngu? E para është rrjedhshmëria dhe e dyta është se lëngu do të marrë formën e enës në të cilën vendoset. Nëse e ngrohni, volumi do të rritet. Për shkak të afërsisë së grimcave me njëra-tjetrën, lëngu nuk mund të kompresohet.

Cila është struktura dhe struktura e trupave të gaztë?

Grimcat e gazit janë rregulluar rastësisht, ato janë aq larg njëra-tjetrës sa nuk mund të lindë asnjë forcë tërheqëse midis tyre. Çfarë veti ka gazi dhe cila është struktura e trupave të gaztë? Si rregull, gazi mbush në mënyrë të barabartë të gjithë hapësirën në të cilën është vendosur. Kompresohet lehtësisht. Shpejtësia e grimcave të një trupi të gaztë rritet me rritjen e temperaturës. Në të njëjtën kohë, presioni gjithashtu rritet.

Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë karakterizohet nga distanca të ndryshme midis grimcave më të vogla të këtyre substancave. Grimcat e gazit janë shumë më larg se grimcat e ngurta ose të lëngshme. Në ajër, për shembull, distanca mesatare midis grimcave është rreth dhjetë herë diametri i secilës grimcë. Kështu, vëllimi i molekulave zë vetëm rreth 0.1% të vëllimit të përgjithshëm. Pjesa e mbetur prej 99.9% është hapësirë ​​boshe. Në të kundërt, grimcat e lëngshme mbushin rreth 70% të vëllimit total të lëngut.

Çdo grimcë gazi lëviz lirshëm përgjatë një rruge të drejtë derisa të përplaset me një grimcë tjetër (gaz, të lëngët ose të ngurtë). Grimcat zakonisht lëvizin mjaft shpejt dhe pasi dy prej tyre përplasen, ato kërcejnë nga njëra-tjetra dhe vazhdojnë rrugën e tyre të vetme. Këto përplasje ndryshojnë drejtimin dhe shpejtësinë. Këto veti të grimcave të gazit lejojnë që gazrat të zgjerohen për të mbushur çdo formë ose vëllim.

Ndryshimi i shtetit

Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë mund të ndryshojë nëse ato ekspozohen ndaj një ndikimi të caktuar të jashtëm. Ata madje mund të shndërrohen në gjendjet e njëri-tjetrit në kushte të caktuara, si gjatë ngrohjes ose ftohjes.

• Avullimi. Struktura dhe vetitë e trupave të lëngshëm i lejojnë ata, në kushte të caktuara, të shndërrohen në një gjendje fizike krejtësisht të ndryshme. Për shembull, nëse ju derdhni aksidentalisht benzinë ​​gjatë karburantit të makinës tuaj, mund të vini re shpejt erën e saj të athët. Si ndodh kjo? Grimcat lëvizin në të gjithë lëngun, duke arritur përfundimisht në sipërfaqe. Lëvizja e tyre e drejtuar mund t'i çojë këto molekula përtej sipërfaqes në hapësirën mbi lëngun, por graviteti do t'i tërheqë ato prapa. Nga ana tjetër, nëse një grimcë lëviz shumë shpejt, ajo mund të ndahet nga të tjerat në një distancë të konsiderueshme. Kështu, me një rritje të shpejtësisë së grimcave, e cila zakonisht ndodh kur nxehet, ndodh procesi i avullimit, domethënë shndërrimi i lëngut në gaz.

Sjellja e trupave në gjendje të ndryshme fizike

Struktura e gazeve, lëngjeve dhe lëndëve të ngurta është kryesisht për shkak të faktit se të gjitha këto substanca përbëhen nga atome, molekula ose jone, por sjellja e këtyre grimcave mund të jetë krejtësisht e ndryshme. Grimcat e gazit janë të ndara rastësisht nga njëra-tjetra, molekulat e lëngshme janë afër njëra-tjetrës, por ato nuk janë të strukturuara aq fort sa në një të ngurtë. Grimcat e gazit dridhen dhe lëvizin me shpejtësi të madhe. Atomet dhe molekulat e një lëngu dridhen, lëvizin dhe rrëshqasin pranë njëri-tjetrit. Grimcat e një trupi të ngurtë gjithashtu mund të vibrojnë, por lëvizja si e tillë nuk është karakteristike për to.

Karakteristikat e strukturës së brendshme

Për të kuptuar sjelljen e materies, së pari duhet të studioni tiparet e strukturës së saj të brendshme. Cilat janë ndryshimet e brendshme midis granitit, vajit të ullirit dhe heliumit në një tullumbace? Një model i thjeshtë i strukturës së materies do të ndihmojë në përgjigjen e kësaj pyetjeje.

Një model është një version i thjeshtuar i një objekti ose substanca reale. Për shembull, përpara se të fillojë ndërtimi aktual, arkitektët së pari ndërtojnë një model të projektit të ndërtimit. Një model i tillë i thjeshtuar nuk nënkupton domosdoshmërisht një përshkrim të saktë, por në të njëjtën kohë mund të japë një ide të përafërt se si do të jetë një strukturë e veçantë.

Modele të thjeshtuara

Në shkencë, megjithatë, modelet nuk janë gjithmonë trupa fizikë. Shekulli i kaluar ka parë një rritje të konsiderueshme në të kuptuarit njerëzor për botën fizike. Megjithatë, shumica e njohurive dhe përvojës së grumbulluar bazohet në koncepte jashtëzakonisht komplekse, të tilla si formula matematikore, kimike dhe fizike.

Për të kuptuar të gjitha këto, ju duhet të jeni mjaft të aftë për këto shkenca të sakta dhe komplekse. Shkencëtarët kanë zhvilluar modele të thjeshtuara për të vizualizuar, shpjeguar dhe parashikuar fenomenet fizike. E gjithë kjo thjeshton shumë të kuptuarit pse disa trupa kanë një formë dhe vëllim konstant në një temperaturë të caktuar, ndërsa të tjerët mund t'i ndryshojnë ato, etj.

E gjithë lënda përbëhet nga grimca të vogla. Këto grimca janë në lëvizje të vazhdueshme. Sasia e lëvizjes lidhet me temperaturën. Një temperaturë e rritur tregon një rritje të shpejtësisë së lëvizjes. Struktura e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë dallohet nga liria e lëvizjes së grimcave të tyre, si dhe nga sa fort tërhiqen grimcat nga njëra-tjetra. Fizike varet nga gjendja e tij fizike. Avujt e ujit, uji i lëngshëm dhe akulli kanë të njëjtat veti kimike, por vetitë e tyre fizike janë dukshëm të ndryshme.

Modele të strukturës së gazeve, lëngjeve dhe trupave të ngurtë

Të gjitha substancat mund të ekzistojnë në tre gjendjet e grumbullimit.

Gazi– një gjendje grumbullimi në të cilën një substancë nuk ka një vëllim dhe formë të caktuar. Në gazra, grimcat e një substance hiqen në distanca që tejkalojnë ndjeshëm madhësinë e grimcave. Forcat tërheqëse midis grimcave janë të vogla dhe nuk mund t'i mbajnë ato pranë njëra-tjetrës. Energjia potenciale e bashkëveprimit të grimcave konsiderohet e barabartë me zero, domethënë është shumë më e vogël se energjia kinetike e lëvizjes së grimcave. Grimcat shpërndahen në mënyrë kaotike, duke zënë të gjithë vëllimin e enës në të cilën ndodhet gazi. Trajektoret e grimcave të gazit janë vija të thyera (nga një ndikim në tjetrin, grimca lëviz në mënyrë uniforme dhe drejtvizore). Gazrat kompresohen lehtësisht.

E lëngshme- një gjendje grumbullimi në të cilën një substancë ka një vëllim të caktuar, por nuk e ruan formën e saj. Në lëngje, distancat midis grimcave janë të krahasueshme me madhësitë e grimcave, prandaj forcat e ndërveprimit midis grimcave në lëngje janë të mëdha. Energjia potenciale e bashkëveprimit të grimcave është e krahasueshme me energjinë e tyre kinetike. Por kjo nuk mjafton për një rregullim të rregulluar të grimcave. Në lëngje vërehet vetëm orientimi i ndërsjellë i grimcave fqinje. Grimcat e lëngjeve kryejnë lëkundje kaotike rreth pozicioneve të caktuara të ekuilibrit dhe pas njëfarë kohe ndryshojnë vendet me fqinjët e tyre. Këto kërcime shpjegojnë rrjedhshmërinë e lëngjeve.

Të ngurta– gjendje grumbullimi në të cilën një substancë ka një vëllim të caktuar dhe ruan formën e saj. Në trupat e ngurtë, distancat midis grimcave janë të krahasueshme me madhësinë e grimcave, por më të vogla se në lëngjet, kështu që forcat e ndërveprimit midis grimcave janë të mëdha, gjë që lejon substancën të ruajë formën e saj. Energjia potenciale e bashkëveprimit të grimcave është më e madhe se energjia e tyre kinetike, prandaj në trupat e ngurtë ekziston një rregullim i renditur i grimcave, i quajtur një rrjetë kristalore. Grimcat e trupave të ngurtë pësojnë lëkundje kaotike rreth pozicionit të ekuilibrit (nyja e rrjetës kristalore) dhe shumë rrallë ndryshojnë vendet me fqinjët e tyre. Kristalet kanë një veti karakteristike - anizotropi - varësinë e vetive fizike nga zgjedhja e drejtimit në kristal.

Struktura e gazeve, e lengjeve dhe e solideve. Karakteristikat e strukturës së zgjidhjeve. Koncepti i një "fushe reaktive"
Teoria e strukturës së lëngjeve: krahasimi me strukturën e gazeve dhe trupave të ngurtë Struktura (struktura) e lëngjeve. Struktura e lëngjeve është aktualisht objekt i një studimi të ngushtë nga kimistët fizikë. Për kërkime në këtë drejtim përdoren metodat më moderne, duke përfshirë spektrale (IR, NMR, shpërhapja e dritës me gjatësi vale të ndryshme), shpërhapja me rreze X, metodat e llogaritjes mekanike dhe statistikore kuantike etj. Teoria e lëngjeve është shumë më pak e zhvilluar se ajo e gazeve, pasi vetitë e lëngjeve varen nga gjeometria dhe polariteti i molekulave të vendosura ngushtë. Për më tepër, mungesa e një strukture specifike të lëngjeve e bën të vështirë përshkrimin e tyre të zyrtarizuar - në shumicën e teksteve shkollore shumë më pak hapësirë ​​u kushtohet lëngjeve sesa gazeve dhe lëndëve të ngurta kristalore. Cilat janë veçoritë e secilës prej tre gjendjeve agregate të materies: të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë. (tabela)
1) E ngurtë: trupi ruan vëllimin dhe formën
2) Lëngjet ruajnë vëllimin, por lehtë ndryshojnë formën.
3) Gazi nuk ka as formë, as vëllim.

Këto gjendje të së njëjtës substancë nuk ndryshojnë në llojin e molekulave (është e njëjta), por në mënyrën se si ndodhen dhe lëvizin molekulat.
1) Në gazra, distanca midis molekulave është shumë më e madhe se madhësia e vetë molekulave
2) Molekulat e lëngshme nuk shpërndahen në distanca të gjata dhe lëngu në kushte normale ruan vëllimin e tij.
3) Grimcat e trupave të ngurtë janë të renditura në një rend të caktuar. Çdo grimcë lëviz rreth një pike të caktuar në rrjetën kristalore, si një lavjerrës orësh, domethënë lëkundet.
Kur temperatura ulet, lëngjet ngurtësohen dhe kur ngrihen mbi pikën e vlimit, kthehen në gjendje të gaztë. Vetëm ky fakt tregon se lëngjet zënë një pozicion të ndërmjetëm midis gazeve dhe trupave të ngurtë, të ndryshëm nga të dyja. Megjithatë, lëngu ka ngjashmëri me secilën prej këtyre gjendjeve.
Ekziston një temperaturë në të cilën kufiri midis gazit dhe lëngut zhduket plotësisht. Kjo është e ashtuquajtura pika kritike. Për çdo gaz ka një temperaturë të njohur mbi të cilën ai nuk mund të jetë i lëngshëm në asnjë presion; në këtë temperaturë kritike zhduket kufiri (menisku) ndërmjet lëngut dhe avullit të tij të ngopur. Ekzistenca e një temperature kritike ("pika absolute e vlimit") u vendos nga D.I Mendeleev në 1860. Vetia e dytë që bashkon lëngjet dhe gazrat është izotropia. Kjo do të thotë, në shikim të parë mund të supozohet se lëngjet janë më afër gazeve sesa kristaleve. Ashtu si gazet, lëngjet janë izotropike, d.m.th. vetitë e tyre janë të njëjta në të gjitha drejtimet. Kristalet, përkundrazi, janë anizotropikë: indeksi i thyerjes, kompresueshmëria, forca dhe shumë veti të tjera të kristaleve në drejtime të ndryshme rezultojnë të jenë të ndryshme. Substancat e ngurta kristalore kanë një strukturë të renditur me elementë përsëritës, gjë që lejon studimin e tyre me anë të difraksionit me rreze X (metoda e difraksionit me rreze X, e përdorur që nga viti 1912).

Çfarë kanë të përbashkët lëngjet dhe gazrat?
A) Izotropia. Vetitë e lëngjeve, si gazet, janë të njëjta në të gjitha drejtimet, d.m.th. janë izotropikë, ndryshe nga kristalet, të cilët janë anizotropikë.
B) Lëngjet, si gazrat, nuk kanë formë specifike dhe marrin formën e një ene (viskozitet të ulët dhe rrjedhshmëri të lartë).
Molekulat e lëngjeve dhe gazeve lëvizin mjaft lirshëm, duke u përplasur me njëra-tjetrën. Më parë, besohej se brenda vëllimit të zënë nga një lëng, çdo distancë që tejkalonte shumën e rrezeve të tyre konsiderohej po aq e mundshme, d.m.th. u mohua tendenca drejt një rregullimi të rregulluar të molekulave. Kështu, lëngjet dhe gazrat ishin në një masë të caktuar kundër kristaleve.
Ndërsa kërkimi përparonte, një numër në rritje i fakteve tregonin praninë e ngjashmërive midis strukturës së lëngjeve dhe trupave të ngurtë. Për shembull, vlerat e kapaciteteve të nxehtësisë dhe koeficientët e kompresueshmërisë, veçanërisht afër pikës së shkrirjes, praktikisht përkojnë me njëra-tjetrën, ndërsa këto vlera për lëngun dhe gazin ndryshojnë ndjeshëm.
Tashmë nga ky shembull mund të konkludojmë se fotografia e lëvizjes termike në lëngje në një temperaturë afër temperaturës së ngurtësimit i ngjan lëvizjes termike në trupat e ngurtë, dhe jo në gaze. Së bashku me këtë, mund të vërehen ndryshime kaq domethënëse midis gjendjeve të gazta dhe të lëngshme të materies. Tek gazet, molekulat shpërndahen në gjithë hapësirën në mënyrë krejtësisht kaotike, d.m.th. ky i fundit konsiderohet shembull i edukimit pa strukturë. Lëngu ka ende një strukturë të caktuar. Kjo konfirmohet eksperimentalisht nga difraksioni i rrezeve X, i cili tregon të paktën një maksimum të qartë. Struktura e një lëngu është mënyra se si molekulat e tij shpërndahen në hapësirë. Tabela ilustron ngjashmëritë dhe ndryshimet midis gjendjeve të gazit dhe të lëngët.
Faza e gazit Faza e lëngshme
1. Distanca ndërmjet molekulave l është zakonisht (për presione të ulëta) shumë më e madhe se rrezja e molekulës r: l  r ; Pothuajse i gjithë vëllimi V i zënë nga gazi është vëllim i lirë. Në fazën e lëngët, përkundrazi, l 2. Energjia mesatare kinetike e grimcave, e barabartë me 3/2 kT, është më e madhe se energjia potenciale U e bashkëveprimit të tyre ndërmolekular energjia e lëvizjes së tyre: U3/2 kT
3. Grimcat përplasen gjatë lëvizjes së tyre përkthimore, faktori i frekuencës së përplasjes varet nga masa e grimcave, madhësia dhe temperatura e tyre Secila grimcë i nënshtrohet lëvizjes osciluese në një kafaz të krijuar nga molekulat që e rrethojnë. Amplituda e vibrimit a varet nga vëllimi i lirë, a  (Vf/ L) 1/3
4. Difuzioni i grimcave ndodh si rezultat i levizjes se tyre perkthimore, koeficienti i difuzionit D  0,1 - 1 cm2/s (p  105 Pa) dhe varet nga presioni i gazit.
(D  p-1) Difuzioni ndodh si rezultat i kërcimit të një grimce nga një qelizë në tjetrën me energji aktivizimi ED,
D  e-ED/RT në lëngje jo viskoze
D  0,3 - 3 cm2/ditë.
5. Grimca rrotullohet lirshëm, frekuenca e rrotullimit r përcaktohet vetëm nga momentet e inercisë së grimcës dhe temperatura, frekuenca e rrotullimit r T1/2 Rrotullimi pengohet nga muret e qelizës, rrotullimi i grimca shoqërohet me kapërcimin e pengesës potenciale Er, e cila varet nga forcat e bashkëveprimit ndërmolekular, vr  e- Er/RT
Megjithatë, gjendja e lëngët është afër gjendjes së ngurtë në një sërë treguesish të rëndësishëm (kuazikristaliniteti). Akumulimi i fakteve eksperimentale tregoi se lëngjet dhe kristalet kanë shumë të përbashkëta. Studimet fiziko-kimike të lëngjeve individuale kanë treguar se pothuajse të gjithë kanë disa elementë të një strukture kristalore.
Së pari, distancat ndërmolekulare në një lëng janë të afërta me ato në një të ngurtë. Kjo vërtetohet nga fakti se kur kjo e fundit shkrihet, vëllimi i substancës ndryshon pak (zakonisht rritet jo më shumë se 10%). Së dyti, energjia e ndërveprimit ndërmolekular në një lëng dhe në një të ngurtë ndryshon paksa. Kjo rrjedh nga fakti se nxehtësia e shkrirjes është shumë më e vogël se nxehtësia e avullimit. Për shembull, për ujin Hpl = 6 kJ/mol, dhe Hsp = 45 kJ/mol; për benzenin Hpl = 11 kJ/mol, dhe Hsp = 48 kJ/mol.
Së treti, kapaciteti termik i një lënde ndryshon shumë pak gjatë shkrirjes, d.m.th. është afër për të dyja këto shtete. Nga kjo rrjedh se natyra e lëvizjes së grimcave në një lëng është e afërt me atë në një të ngurtë. Së katërti, një lëng, si një i ngurtë, mund të përballojë forca të mëdha tërheqëse pa u thyer.
Dallimi midis një lëngu dhe një të ngurtë është rrjedhshmëria: një e ngurtë ruan formën e saj, një lëng e ndryshon lehtësisht edhe nën ndikimin e një force të vogël. Këto veti lindin nga karakteristika të tilla strukturore të lëngut si ndërveprimi i fortë ndërmolekular, rendi me rreze të shkurtër në rregullimin e molekulave dhe aftësia e molekulave për të ndryshuar pozicionin e tyre relativisht shpejt. Kur një lëng nxehet nga pika e ngrirjes në pikën e vlimit, vetitë e tij ndryshojnë gradualisht me ngrohjen, ngjashmëritë e tij me një gaz rriten gradualisht;
Secili prej nesh mund të kujtojë lehtësisht shumë substanca që ai i konsideron si lëngje. Megjithatë, nuk është aq e lehtë të jepet një përkufizim i saktë i kësaj gjendjeje të materies, pasi lëngjet kanë veti fizike të tilla që në disa aspekte ngjajnë me trupat e ngurtë dhe në disa të tjera me gazrat. Ngjashmëritë midis lëngjeve dhe trupave të ngurtë janë më të theksuara në materialet e qelqta. Kalimi i tyre nga e ngurtë në të lëngshme me rritjen e temperaturës ndodh gradualisht, dhe jo si një pikë shkrirjeje e theksuar, ato thjesht bëhen më të buta, kështu që është e pamundur të tregohet se në cilin interval të temperaturës duhet të quhen të ngurta dhe në cilat lëngje. Mund të themi vetëm se viskoziteti i një lënde qelqi në gjendje të lëngshme është më i vogël se në një gjendje të ngurtë. Prandaj, gotat e ngurta quhen shpesh lëngje të superftohura. Me sa duket, vetia më karakteristike e lëngjeve, që i dallon ato nga trupat e ngurtë, është viskoziteti i ulët, d.m.th. qarkullim i lartë. Falë tij marrin formën e enës në të cilën derdhen. Në nivelin molekular, rrjedhshmëria e lartë nënkupton liri relativisht më të madhe të grimcave të lëngjeve. Në këtë drejtim, lëngjet u ngjajnë gazeve, megjithëse forcat e bashkëveprimit ndërmolekular ndërmjet lëngjeve janë më të mëdha, molekulat ndodhen më afër njëra-tjetrës dhe janë më të kufizuara në lëvizjen e tyre.
Kjo mund të trajtohet ndryshe - nga pikëpamja e idesë së rendit me rreze të gjatë dhe të shkurtër. Rendi me rreze të gjatë ekziston në trupat e ngurtë kristalorë, atomet e të cilave janë të rregulluar në mënyrë strikte, duke formuar struktura tredimensionale që mund të përftohen duke përsëritur shumë herë qelizën njësi. Nuk ka porosi me rreze të gjatë në lëngje dhe xhami. Megjithatë, kjo nuk do të thotë se ato nuk janë të porositura fare. Numri i fqinjëve më të afërt për të gjithë atomet është pothuajse i njëjtë, por rregullimi i atomeve ndërsa largohen nga çdo pozicion i zgjedhur bëhet gjithnjë e më kaotik. Kështu, rendi ekziston vetëm në distanca të shkurtra, prandaj emri: rendi me rreze të shkurtër. Një përshkrim adekuat matematik i strukturës së një lëngu mund të jepet vetëm me ndihmën e fizikës statistikore. Për shembull, nëse një lëng përbëhet nga molekula identike sferike, atëherë struktura e tij mund të përshkruhet nga funksioni i shpërndarjes radiale g(r), i cili jep probabilitetin e zbulimit të ndonjë molekule në një distancë r nga ajo e dhënë e zgjedhur si pikë referimi. Ky funksion mund të gjendet eksperimentalisht duke studiuar difraksionin e rrezeve x ose neutroneve, dhe me ardhjen e kompjuterëve me shpejtësi të lartë, ai filloi të llogaritet me simulim kompjuterik, bazuar në të dhënat ekzistuese mbi natyrën e forcave që veprojnë midis molekulave, ose mbi supozimet rreth këtyre forcave, si dhe mbi ligjet e mekanikës së Njutonit. Duke krahasuar funksionet e shpërndarjes radiale të marra teorikisht dhe eksperimentalisht, është e mundur të verifikohet saktësia e supozimeve për natyrën e forcave ndërmolekulare.
Në substancat organike, molekulat e të cilave kanë një formë të zgjatur, në një interval të temperaturës ose në një tjetër, nganjëherë gjenden zona të fazës së lëngshme me rend orientues me rreze të gjatë, gjë që manifestohet në një tendencë për shtrirje paralele të boshteve të gjata të molekulat. Në këtë rast, renditja orientuese mund të shoqërohet me renditje koordinuese të qendrave të molekulave. Fazat e lëngshme të këtij lloji zakonisht quhen kristale të lëngëta. Gjendja kristalore e lëngët është e ndërmjetme midis kristalores dhe të lëngshmes. Kristalet e lëngëta kanë si rrjedhshmëri ashtu edhe anizotropi (optike, elektrike, magnetike). Ndonjëherë kjo gjendje quhet mezomorfike (mesofazë) - për shkak të mungesës së rendit me rreze të gjatë. Kufiri i sipërm i ekzistencës është temperatura e pastrimit (lëngu izotropik). FA-të termotropike (mesogjenike) ekzistojnë mbi një temperaturë të caktuar. Ato tipike janë cianobifenilet. Liotropik - kur treten, për shembull, zgjidhje ujore të sapunëve, polipeptideve, lipideve, ADN-së.
Studimi i kristaleve të lëngëta (mesofaza - shkrirja në dy faza - shkrirja me re, më pas transparente, kalimi nga faza kristalore në lëng përmes një forme të ndërmjetme me veti optike anizotropike) është i rëndësishëm për qëllime teknologjike - shfaqja e kristalit të lëngshëm.
Molekulat në një gaz lëvizin në mënyrë kaotike (rastësisht). Në gazra, distanca midis atomeve ose molekulave është mesatarisht shumë herë më e madhe se madhësia e vetë molekulave. Molekulat në gaz lëvizin me shpejtësi të madhe (qindra m/s). Kur përplasen, ata kërcejnë nga njëri-tjetri si topa absolutisht elastikë, duke ndryshuar madhësinë dhe drejtimin e shpejtësive. Në distanca të mëdha ndërmjet molekulave, forcat tërheqëse janë të vogla dhe nuk janë në gjendje të mbajnë molekulat e gazit pranë njëra-tjetrës. Prandaj, gazrat mund të zgjerohen pa kufi. Gazrat kompresohen lehtësisht, distanca mesatare midis molekulave zvogëlohet, por gjithsesi mbetet më e madhe se madhësia e tyre. Gazet nuk ruajnë as formën dhe vëllimin e tyre dhe forma e tyre përputhet me vëllimin dhe formën e enës që mbushin. Ndikimet e shumta të molekulave në muret e enës krijojnë presionin e gazit.
Molekulat e lëngut ndodhen pothuajse afër njëra-tjetrës. Prandaj, lëngjet janë shumë të vështira për t'u ngjeshur dhe për të ruajtur vëllimin e tyre. Molekulat e një lëngu vibrojnë rreth një pozicioni ekuilibri. Herë pas here, një molekulë bën kalime nga një gjendje e palëvizshme në tjetrën, zakonisht në drejtim të veprimit të një force të jashtme. Koha e gjendjes së vendosur të një molekule është e shkurtër dhe zvogëlohet me rritjen e temperaturës, dhe koha e kalimit të molekulës në një gjendje të re të vendosur është edhe më e shkurtër. Prandaj, lëngjet janë të lëngshme, nuk e ruajnë formën e tyre dhe marrin formën e enës në të cilën derdhen.

Teoria kinetike e lëngjeve E zhvilluar nga Ya I. Frenkel, teoria kinetike e lëngjeve e konsideron një sistem dinamik të grimcave, pjesërisht që të kujton një gjendje kristalore. Në temperatura afër pikës së shkrirjes, lëvizja termike në një lëng reduktohet kryesisht në dridhjet harmonike të grimcave rreth pozicioneve të caktuara të ekuilibrit mesatar. Në kontrast me gjendjen kristalore, këto pozicione ekuilibri të molekulave në një lëng janë të përkohshme në natyrë për secilën molekulë. Pasi lëkundet rreth një pozicioni ekuilibri për ca kohë t, molekula hidhet në një pozicion të ri që ndodhet afër. Një kërcim i tillë ndodh me shpenzimin e energjisë U, prandaj koha e "jetës së vendosur" t varet nga temperatura si më poshtë: t = t0 eU/RT, ku t0 është periudha e një lëkundjeje rreth pozicionit të ekuilibrit. Për ujin në temperaturën e dhomës t » 10-10 s, t0 = 1,4 x 10-12 s, pra një molekulë, pasi ka përfunduar rreth 100 dridhje, kërcen në një pozicion të ri, ku vazhdon të lëkundet. Nga të dhënat për shpërndarjen e rrezeve X dhe neutroneve, është e mundur të llogaritet funksioni i densitetit të shpërndarjes së grimcave  në varësi të distancës r nga një grimcë e zgjedhur si qendër. Në prani të rendit me rreze të gjatë në një trup të ngurtë kristalor, funksioni (r) ka një numër maksimumi dhe minimumi të qartë. Në një lëng, për shkak të lëvizshmërisë së lartë të grimcave, ruhet vetëm rendi me rreze të shkurtër. Kjo rrjedh qartë nga modelet e difraksionit të rrezeve X të lëngjeve: funksioni (r) për një lëng ka një maksimum të parë të qartë, një të dytën të paqartë dhe më pas (r) = konst. Teoria kinetike përshkruan shkrirjen si më poshtë. Në rrjetën kristalore të një trupi të ngurtë, ka gjithmonë sasi të vogla të boshllëqeve (vrimave) që enden ngadalë rreth kristalit. Sa më afër të jetë temperatura në pikën e shkrirjes, aq më i lartë është përqendrimi i "vrimave" dhe aq më shpejt ato lëvizin nëpër kampion. Në pikën e shkrirjes, procesi i formimit të "vrimave" fiton një karakter bashkëpunues si ortek, sistemi i grimcave bëhet dinamik, rendi me rreze të gjatë zhduket dhe shfaqet rrjedhshmëria. Rolin vendimtar në shkrirje e luan formimi i vëllimit të lirë në lëng, i cili e bën sistemin të lëngshëm. Dallimi më i rëndësishëm midis një trupi kristalor të lëngshëm dhe një trupi të ngurtë kristalor është se lëngu ka një vëllim të lirë, një pjesë e konsiderueshme e të cilit ka formën e luhatjeve (“vrimave”), bredhja e të cilave nëpër lëng i jep atij një cilësi karakteristike si rrjedhshmëri. Numri i "vrimave" të tilla, vëllimi dhe lëvizshmëria e tyre varen nga temperatura. Në temperatura të ulëta, një lëng, nëse nuk është shndërruar në një trup kristalor, bëhet një trup i ngurtë amorf me rrjedhshmëri shumë të ulët për shkak të uljes së vëllimit dhe lëvizshmërisë së "vrimave". Së bashku me teorinë kinetike, teoria statistikore e lëngjeve është zhvilluar me sukses në dekadat e fundit.

Struktura e akullit dhe ujit. Lëngu më i rëndësishëm dhe më i zakonshëm në kushte normale është uji. Kjo është molekula më e zakonshme në Tokë! Është një tretës i shkëlqyer. Për shembull, të gjitha lëngjet biologjike përmbajnë ujë. Uji shpërndan shumë substanca inorganike (kripëra, acide, baza) dhe organike (alkoolet, sheqernat, acidet karboksilike, amina). Cila është struktura e këtij lëngu? Ne përsëri do të duhet t'i kthehemi çështjes që shqyrtuam në leksionin e parë, domethënë, në një ndërveprim të tillë specifik ndërmolekular si lidhja e hidrogjenit. Uji, si në formë të lëngshme ashtu edhe në formë kristalore, shfaq veti anormale pikërisht për shkak të pranisë së shumë lidhjeve hidrogjenore. Cilat janë këto veti anormale: pika e lartë e vlimit, pika e lartë e shkrirjes dhe entalpia e lartë e avullimit. Le të shohim fillimisht grafikun, më pas tabelën dhe më pas diagramin e një lidhjeje hidrogjeni midis dy molekulave të ujit. Në fakt, çdo molekulë uji koordinon 4 molekula të tjera uji rreth vetes: dy për shkak të oksigjenit, si dhurues i dy çifteve të vetme elektronesh për dy hidrogjenë të protonuar dhe dy për shkak të hidrogjeneve të protonizuar, të koordinuar me oksigjenin e molekulave të tjera të ujit. Në leksionin e mëparshëm ju tregova një sllajd me grafikët e pikës së shkrirjes, pikës së vlimit dhe entalpisë së avullimit të hidrideve të grupit VI në varësi të periudhës. Këto varësi kanë një anomali të qartë për hidridin e oksigjenit. Të gjithë këta parametra për ujin janë dukshëm më të larta se ato të parashikuara nga varësia pothuajse lineare për hidridet e mëposhtme të squfurit, selenit dhe telurit. Ne e shpjeguam këtë me ekzistencën e një lidhje hidrogjeni midis hidrogjenit të protonuar dhe pranuesit të densitetit të elektroneve - oksigjenit. Lidhja e hidrogjenit është studiuar më me sukses duke përdorur spektroskopinë infra të kuqe vibruese. Grupi i lirë OH ka një energji karakteristike vibruese që bën që lidhja O-H të zgjasë dhe shkurtohet në mënyrë alternative, duke krijuar një brez karakteristik në spektrin e përthithjes infra të kuqe të molekulës. Sidoqoftë, nëse grupi OH është i përfshirë në një lidhje hidrogjeni, atomi i hidrogjenit lidhet nga atomet në të dy anët dhe kështu dridhja e tij "shbutet" dhe frekuenca zvogëlohet. Tabela e mëposhtme tregon se rritja e forcës dhe "përqendrimit" të lidhjes hidrogjenore çon në një ulje të frekuencës së përthithjes. Në figurën e mësipërme, kurba 1 korrespondon me maksimumin e spektrit të përthithjes infra të kuqe të grupeve O-H në akull (ku janë të lidhura të gjitha lidhjet H); kurba 2 korrespondon me maksimumin e spektrit të përthithjes infra të kuqe të grupeve O-H të molekulave individuale H2O të tretura në CCl4 (ku nuk ka lidhje H - tretësira e H2O në CCl4 është shumë e holluar); dhe kurba 3 korrespondon me spektrin e absorbimit të ujit të lëngshëm. Nëse në ujin e lëngshëm do të kishte dy lloje grupesh O-H - ato që formojnë lidhje hidrogjeni dhe ato që nuk formojnë - dhe disa grupe O-H në ujë do të vibronin në të njëjtën mënyrë (me të njëjtën frekuencë) si në akull (ku formojnë H- lidhjet), dhe të tjera - si në mjedisin e CCl4 (ku nuk formojnë lidhje H). Atëherë spektri i ujit do të kishte dy maksimum, që korrespondojnë me dy gjendje të grupeve O-H, dy frekuencat e tyre karakteristike të dridhjeve: me frekuencën në të cilën grupi vibron, ai thith dritën. Por fotografia "dy maksimumi" nuk respektohet! Në vend të kësaj, në kurbën 3 shohim një maksimum, shumë të paqartë, që shtrihet nga maksimumi i kurbës 1 në maksimum të kurbës 2. Kjo do të thotë se të gjitha grupet O-H në ujin e lëngshëm formojnë lidhje hidrogjeni - por të gjitha këto lidhje kanë një energji të ndryshme, " lirshëm” (kanë energji të ndryshme), dhe në mënyra të ndryshme. Kjo tregon se pamja në të cilën disa nga lidhjet hidrogjenore në ujë janë thyer dhe disa janë ruajtur është, në mënyrë rigoroze, e pasaktë. Sidoqoftë, është aq e thjeshtë dhe e përshtatshme për të përshkruar vetitë termodinamike të ujit saqë përdoret gjerësisht - dhe ne gjithashtu do t'i drejtohemi asaj. Por duhet të kemi parasysh se nuk është plotësisht i saktë.
Kështu, spektroskopia IR është një metodë e fuqishme për studimin e lidhjeve hidrogjenore dhe shumë informacione rreth strukturës së lëngjeve dhe trupave të ngurtë që lidhen me të merren duke përdorur këtë metodë spektrale. Si rezultat, për ujin e lëngshëm modeli i ngjashëm me akullin (modeli O.Ya. Samoilov) është një nga më të pranuarit në përgjithësi. Sipas këtij modeli, uji i lëngshëm ka një kornizë tetraedrale të ngjashme me akullin, të shqetësuar nga lëvizja termike (dëshmia dhe pasoja e lëvizjes termike - lëvizja Browniane, e cila u vëzhgua për herë të parë nga botanisti anglez Robert Brown në 1827 në polen nën një mikroskop) (çdo ujë molekula në një kristal akulli është e lidhur me lidhje hidrogjeni me një energji të reduktuar në krahasim me atë në akull - lidhje hidrogjeni "të lirshme") me katër molekula uji që e rrethojnë), zbrazëtitë e kësaj kornize janë pjesërisht të mbushura me molekula uji, dhe molekulat e ujit të vendosura në zbrazëti dhe në nyjet e kornizës së ngjashme me akullin janë energjikisht të pabarabarta.

Ndryshe nga uji, në një kristal akulli, në nyjet e rrjetës kristalore ka molekula uji me energji të barabartë dhe ato mund të kryejnë vetëm lëvizje vibruese. Në një kristal të tillë ka renditje me rreze të shkurtër dhe të gjatë. Në ujin e lëngshëm (si për një lëng polar), disa elementë të strukturës kristalore ruhen (dhe madje edhe në fazën e gazit, molekulat e lëngshme renditen në grupime të vogla, të paqëndrueshme), por nuk ka një renditje me rreze të gjatë. Kështu, struktura e një lëngu ndryshon nga struktura e një gazi në prani të rendit me rreze të shkurtër, por ndryshon nga struktura e një kristali në mungesë të rendit me rreze të gjatë. Kjo është demonstruar më bindshëm nga studimi i shpërndarjes së rrezeve X. Tre fqinjët e secilës molekulë në ujin e lëngshëm ndodhen në një shtresë dhe janë në një distancë më të madhe prej saj (0,294 nm) sesa molekula e katërt nga shtresa fqinje (0,276 nm). Çdo molekulë uji në kornizën e ngjashme me akullin formon një lidhje simetrike pasqyre (të fortë) dhe tre lidhje qendrore simetrike (më pak të forta). E para i referohet lidhjeve midis molekulave të ujit të një shtrese të caktuar dhe shtresave fqinje, pjesa tjetër - lidhjeve midis molekulave të ujit të së njëjtës shtresë. Prandaj, një e katërta e të gjitha lidhjeve janë simetrike të pasqyrës, dhe tre të katërtat janë simetrike qendrore. Idetë për mjedisin tetraedral të molekulave të ujit kanë çuar në përfundimin se struktura e tij është shumë delikate dhe prania e zbrazëtirave në të, dimensionet e të cilave janë të barabarta ose më të mëdha se dimensionet e molekulave të ujit.

Elementet e strukturës së ujit të lëngshëm. a - tetraedri elementar i ujit (rrathët e hapur - atomet e oksigjenit, gjysmat e zeza - pozicionet e mundshme të protoneve në lidhjen hidrogjenore); b - rregullimi pasqyrë-simetrik i tetraedrave; c - rregullimi qendror simetrik; d - vendndodhja e qendrave të oksigjenit në strukturën e akullit të zakonshëm. Uji karakterizohet nga forca të rëndësishme të ndërveprimit ndërmolekular për shkak të lidhjeve hidrogjenore, të cilat formojnë një rrjet hapësinor. Siç thamë në leksionin e mëparshëm, një lidhje hidrogjeni shkaktohet nga aftësia e një atomi hidrogjeni të lidhur me një element elektronegativ për të formuar një lidhje shtesë me një atom elektronegativ të një molekule tjetër. Lidhja hidrogjenore është relativisht e fortë dhe arrin në disa 20-30 kiloxhaul për mol. Për sa i përket forcës, ajo zë një vend të ndërmjetëm midis energjisë së van der Waals dhe energjisë së një lidhjeje tipike jonike. Në një molekulë uji, energjia e lidhjes kimike H-O është 456 kJ/mol, dhe energjia e lidhjes hidrogjenore H…O është 21 kJ/mol.

Komponimet e hidrogjenit
Temperatura e peshës molekulare,  C
Ngrirje Zierje
H2Te 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
H2O 18 0! +100!

Struktura e akullit. Akull normal. Vija me pika - H-lidhjet. Në strukturën e hapur të akullit, kavitete të vogla janë të dukshme, të rrethuara nga molekula H2O.
Kështu, struktura e akullit është një strukturë e hapur e molekulave të ujit të lidhura me njëra-tjetrën vetëm me lidhje hidrogjeni. Rregullimi i molekulave të ujit në strukturën e akullit përcakton praninë e kanaleve të gjera në strukturë. Ndërsa akulli shkrihet, molekulat e ujit “bien” në këto kanale, gjë që shpjegon rritjen e densitetit të ujit në krahasim me dendësinë e akullit. Kristalet e akullit ndodhin në formën e pllakave të rregullta gjashtëkëndore, formacioneve tabelare dhe ndërrritjeve të formave komplekse. Struktura e akullit normal diktohet nga lidhjet hidrogjenore H: është e mirë për gjeometrinë e këtyre lidhjeve (O-H përballet drejtpërdrejt në O), por jo aq e mirë për kontaktin e ngushtë Vander Waals të molekulave H2O. Prandaj, struktura e akullit është e hapur në të, molekulat H2O mbështjellin poret mikroskopike (më të vogla se një molekulë H2O në madhësi). Struktura dantelle e akullit çon në dy efekte të njohura: (1) akulli është më pak i dendur se uji, noton në të; dhe (2) nën presion të fortë - për shembull, tehu i një patina shkrin akullin. Shumica e lidhjeve hidrogjenore që ekzistojnë në akull ruhen gjithashtu në ujë të lëngshëm. Kjo rrjedh nga nxehtësia e vogël e shkrirjes së akullit (80 cal/g) krahasuar me nxehtësinë e zierjes së ujit (600 cal/g në 0°C). Dikush mund të thotë se në ujin e lëngshëm thyhen vetëm 80/(600+80) = 12% e lidhjeve H që ekzistojnë në akull. Megjithatë, kjo pamje - që disa nga lidhjet hidrogjenore në ujë janë thyer, dhe disa janë ruajtur - nuk është plotësisht e saktë: përkundrazi, të gjitha lidhjet hidrogjenore në ujë po lirohen. Kjo ilustrohet mirë nga të dhënat eksperimentale të mëposhtme.

Struktura e zgjidhjeve. Nga shembuj specifikë për ujin, le të kalojmë te lëngjet e tjera. Lëngjet e ndryshme ndryshojnë nga njëri-tjetri në madhësinë e molekulave të tyre dhe natyrën e ndërveprimeve ndërmolekulare. Kështu, në çdo lëng specifik ekziston një strukturë e caktuar pseudokristale, e karakterizuar nga renditja me rreze të shkurtër dhe, në një farë mase, të kujton strukturën e marrë kur një lëng ngrin dhe shndërrohet në një të ngurtë. Kur tretet një substancë tjetër, d.m.th. Kur formohet një zgjidhje, natyra e ndërveprimeve ndërmolekulare ndryshon dhe një strukturë e re shfaqet me një rregullim të ndryshëm të grimcave sesa në një tretës të pastër. Kjo strukturë varet nga përbërja e tretësirës dhe është specifike për secilën zgjidhje specifike. Formimi i tretësirave të lëngëta zakonisht shoqërohet me një proces tretësish, d.m.th. rreshtimi i molekulave të tretësit rreth molekulave të lëndës së tretur për shkak të veprimit të forcave ndërmolekulare. Ka zgjidhje me rreze të shkurtër dhe me rreze të gjatë, d.m.th. Rreth molekulave (grimcave) të substancës së tretur formohen predha primare dhe sekondare të tretësirës. Në shtresën primare të tretësirës, ​​ka molekula tretës në afërsi, të cilat lëvizin së bashku me molekulat e tretësirës. Numri i molekulave të tretësit të vendosura në shtresën primare të tretësirës quhet numri i koordinimit të tretësirës, ​​i cili varet si nga natyra e tretësit ashtu edhe nga natyra e substancës së tretur. Predha e tretësirës dytësore përfshin molekula tretës që ndodhen në distanca dukshëm më të mëdha dhe ndikojnë në proceset që ndodhin në tretësirë ​​për shkak të ndërveprimit me shtresën primare të tretësirës.
Kur merret parasysh qëndrueshmëria e tretësirave, bëhet një dallim midis stabilitetit kinetik dhe termodinamik.
Në tretësirat ujore, karakteristikat sasiore të hidratimit kinetik (O.Ya. Samoilov) janë vlerat i/ dhe Ei=Ei-E, ku i dhe  janë koha mesatare e qëndrimit të molekulave të ujit në ekuilibër. pozicioni pranë jonit i-të dhe në ujë të pastër, dhe Ei dhe E janë energjia e aktivizimit të shkëmbimit dhe energjia e aktivizimit të procesit të vetë-përhapjes në ujë. Këto sasi lidhen me njëra-tjetrën me një marrëdhënie të përafërt:
i/  exp(Ei/RT) Në këtë rast,
nëse EI  0, i/  1 (shkëmbimi i molekulave të ujit më afër jonit ndodh më rrallë (më i ngadalshëm) sesa shkëmbimi ndërmjet molekulave në ujin e pastër) - hidratim pozitiv
nëse EI  0, i/  1 (shkëmbimi i molekulave të ujit më afër jonit ndodh më shpesh (më shpejt) sesa shkëmbimi ndërmjet molekulave në ujin e pastër) - hidratim negativ

Pra, për jonin e litiumit EI = 1,7 kJ/mol, dhe për jonin e ceziumit Ei= - 1,4 kJ/mol, d.m.th. një jon litiumi i vogël "i fortë" i mban molekulat e ujit më fort se një jon cezium i madh dhe "difuz" që ka të njëjtën ngarkesë. Stabiliteti termodinamik i solvateve që rezultojnë përcaktohet nga ndryshimi i energjisë së Gibbs-it gjatë tretjes (solvG) = (solvH) - T(solvS). Sa më negative të jetë kjo vlerë, aq më i qëndrueshëm është tretësi. Kjo përcaktohet kryesisht nga vlerat negative të entalpisë së tretësirës.
Koncepti i zgjidhjeve dhe teoritë e zgjidhjeve. Zgjidhjet e vërteta fitohen spontanisht kur dy ose më shumë substanca bien në kontakt, për shkak të shkatërrimit të lidhjeve midis grimcave të një lloji dhe formimit të lidhjeve të një lloji tjetër, dhe shpërndarjes së substancës në të gjithë vëllimin për shkak të difuzionit. Tretësirat sipas vetive të tyre ndahen në ideale dhe reale, tretësirat e elektroliteve dhe joelektroliteve, të holluara dhe të koncentruara, të pangopura, të ngopura dhe të mbingopura. Vetitë e rasterëve varen nga natyra dhe madhësia e FMN-së. Këto ndërveprime mund të jenë të natyrës fizike (forcat van der Waals) dhe të një natyre komplekse fiziko-kimike (lidhja hidrogjenore, komplekset jon-molekulare, komplekset e transferimit të ngarkesës, etj.). Procesi i formimit të tretësirës karakterizohet nga manifestimi i njëkohshëm i forcave tërheqëse dhe refuzuese midis grimcave ndërvepruese. Në mungesë të forcave refuzuese, grimcat do të bashkoheshin (ngjiteshin së bashku) dhe lëngjet mund të ngjesheshin pafundësisht në mungesë të forcave tërheqëse, lëngjet ose trupat e ngurtë nuk mund të fitoheshin. Në leksionin e mëparshëm kemi parë teoritë fizike dhe kimike të tretësirave.
Sidoqoftë, krijimi i një teorie të unifikuar zgjidhjesh has vështirësi të konsiderueshme dhe aktualisht ajo ende nuk është krijuar, megjithëse kërkimet po kryhen duke përdorur metodat më moderne të mekanikës kuantike, termodinamikës dhe fizikës statistikore, kimisë kristalore, difraksionit me rreze X. analiza, metoda optike dhe metoda NMR. Fusha reaktive. Duke vazhduar shqyrtimin tonë të forcave të ndërveprimit ndërmolekular, le të shqyrtojmë konceptin e një "fushe reaktive", e cila është e rëndësishme për të kuptuar strukturën dhe strukturën e lëndës së kondensuar dhe gazeve reale, në veçanti gjendjen e lëngshme, dhe për këtë arsye të gjithë kiminë fizike. të tretësirave të lëngshme.
Fusha reaktive ndodh në përzierjet e molekulave polare dhe jopolare, për shembull, për përzierjet e hidrokarbureve dhe acideve naftenike. Molekulat polare ndikojnë në një fushë me një simetri të caktuar (simetria e fushës përcaktohet nga simetria e orbitaleve molekulare vakante) dhe intensiteti H në molekulat jopolare. Këto të fundit polarizohen për shkak të ndarjes së ngarkesës, gjë që çon në shfaqjen (induksionin) e një dipoli. Një molekulë me një dipol të induktuar, nga ana tjetër, ndikon në një molekulë polare, duke ndryshuar fushën e saj elektromagnetike, d.m.th. ngacmon një fushë reaktive (përgjigje). Shfaqja e një fushe reaktive çon në një rritje të energjisë së ndërveprimit të grimcave, e cila shprehet në krijimin e predhave të forta tretësore të molekulave polare në një përzierje molekulash polare dhe jopolare.
Energjia e fushës reaktive llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme: ku:
shenja "-" - përcakton tërheqjen e molekulave
S – lejueshmëria elektrike statike
 pafund – konstanta dielektrike për shkak të polarizimit elektronik dhe atomik të molekulave
NA - Numri i Avogadros
VM – vëllimi i zënë nga 1 mol i një lënde polare në një lëng izotropik v = moment dipol
ER - energjia e 1 mol substancë polare në tretësirë
Koncepti i "fushës reaktive" do të na lejojë të kuptojmë më mirë strukturën e lëngjeve dhe solucioneve të pastra. Qasja kimike kuantike për studimin e fushës reaktive u zhvillua në veprat e M. V. Bazilevsky dhe kolegët e tij në Institutin e Kërkimeve Shkencore të Fizikës dhe Kimisë me emrin. L. Ya. Karpova Kështu, problemi i gjendjes së lëngshme i pret studiuesit e saj të rinj. Kartat janë në duart tuaja.

Të gjitha objektet dhe gjërat që na rrethojnë çdo ditë janë të përbëra nga substanca të ndryshme. Në të njëjtën kohë, ne jemi mësuar të konsiderojmë vetëm diçka të fortë si objekte dhe sende - për shembull, një tavolinë, karrige, filxhan, stilolaps, libër etj.

Tre gjendje të materies

Por ne nuk e konsiderojmë ujin nga rubineti ose avulli që vjen nga çaji i nxehtë si objekte dhe gjëra. Por e gjithë kjo është gjithashtu pjesë e botës fizike, thjesht lëngjet dhe gazrat janë në një gjendje tjetër të materies. Pra, Ekzistojnë tri gjendje të materies: të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë. Dhe çdo substancë mund të jetë në secilën nga këto gjendje me radhë. Nëse nxjerrim një kub akulli nga ngrirja dhe e ngrohim, do të shkrihet dhe do të kthehet në ujë. Nëse e lëmë djegësin ndezur, uji do të nxehet deri në 100 gradë Celsius dhe së shpejti do të kthehet në avull. Kështu, ne vëzhguam të njëjtën substancë, domethënë të njëjtin grup molekulash, nga ana tjetër në gjendje të ndryshme të materies. Por nëse molekulat mbeten të njëjta, çfarë ndryshon më pas? Pse akulli është i fortë dhe ruan formën e tij, uji merr lehtësisht formën e një filxhani dhe avulli shpërndahet plotësisht në drejtime të ndryshme? Gjithçka ka të bëjë me strukturën molekulare.

Struktura molekulare e trupave të ngurtë të tilla që molekulat janë të vendosura shumë afër njëra-tjetrës (distanca ndërmjet molekulave është shumë më e vogël se madhësia e vetë molekulave), dhe është shumë e vështirë të lëvizësh molekulat në këtë rregullim. Prandaj, trupat e ngurtë ruajnë vëllimin dhe mbajnë formën e tyre. Struktura molekulare e lëngut karakterizohet nga fakti se distanca midis molekulave është afërsisht e barabartë me madhësinë e vetë molekulave, domethënë molekulat nuk janë më aq afër sa në trupat e ngurtë. Kjo do të thotë se ato janë më të lehta për t'u lëvizur në raport me njëri-tjetrin (kjo është arsyeja pse lëngjet marrin forma të ndryshme kaq lehtë), por forca tërheqëse e molekulave është ende e mjaftueshme për të parandaluar që molekulat të largohen dhe të ruajnë vëllimin e tyre. Por struktura molekulare e gazit, përkundrazi, nuk lejon që gazi të ruajë vëllimin ose të ruajë formën. Arsyeja është se distanca midis molekulave të gazit është shumë më e madhe se madhësia e vetë molekulave, dhe edhe forca më e vogël mund ta shkatërrojë këtë sistem të lëkundur.

Arsyeja e kalimit të një substance në një gjendje tjetër

Tani le të zbulojmë se cila është arsyeja e kalimit të një substance nga një gjendje në tjetrën. Për shembull, pse akulli bëhet ujë kur nxehet? Përgjigja është e thjeshtë: Energjia termike e djegësit shndërrohet në energjinë e brendshme të molekulave të akullit. Pasi kanë marrë këtë energji, molekulat e akullit fillojnë të dridhen më shpejt dhe më shpejt dhe, në fund, bëhen jashtë kontrollit të molekulave fqinje. Nëse e fikim pajisjen ngrohëse, atëherë uji do të mbetet ujë, por nëse e lëmë ndezur, atëherë uji do të kthehet në avull për një arsye të njohur tashmë atje.

Për shkak të faktit se trupat e ngurtë ruajnë vëllimin dhe formën, ato janë ato që ne i lidhim me botën përreth nesh. Por nëse shikojmë nga afër, do të zbulojmë se gazet dhe lëngjet gjithashtu zënë një pjesë të rëndësishme të botës fizike. Për shembull, ajri rreth nesh përbëhet nga një përzierje gazesh, kryesori prej të cilëve, azoti, mund të jetë gjithashtu një lëng - por për këtë duhet të ftohet në një temperaturë prej pothuajse minus 200 gradë Celsius. Por elementi kryesor i një putre të zakonshme - një filament tungsteni - mund të shkrihet, domethënë të shndërrohet në lëng, përkundrazi, vetëm në një temperaturë prej 3422 gradë Celsius.