Bərk cisimlərdə molekulların düzülüşü. Mayelər. Mayelərdə molekulların hərəkəti Bərk cisimlərdə molekulların düzülüşü necədir

Bu material təkcə hissəciklərin necə yerləşdiyindən bəhs etmir bərk maddələr, həm də qazlarda və ya mayelərdə necə hərəkət edirlər. Müxtəlif maddələrdə kristal qəfəslərin növləri də təsvir olunacaq.

Toplama vəziyyəti

Üç tipik birləşmə vəziyyətinin mövcudluğunu göstərən müəyyən standartlar var, yəni: maye və qaz.

Hər bir birləşmə vəziyyəti üçün komponentləri müəyyən edək.

Bərk maddələr həcm və forma baxımından praktiki olaraq sabitdir. Sonuncunun dəyişdirilməsi əlavə enerji xərcləri olmadan son dərəcə problemlidir.
Maye asanlıqla formasını dəyişə bilər, lakin eyni zamanda həcmini saxlayır.
Qaz halında olan maddələr nə forma, nə də həcm saxlamır.

Aqreqasiya vəziyyətinin təyin olunduğu əsas meyar molekulların düzülüşü və onların hərəkət üsullarıdır. Qaz halında olan maddədə minimum məsafə ayrı-ayrı molekullar arasında özlərindən çox böyükdür. Öz növbəsində, molekullar normal şəraitdə uzun məsafələrə dağılmır və həcmini saxlayırlar. Bərk cisimlərdəki aktiv hissəciklər ciddi şəkildə müəyyən edilmiş qaydada düzülür, onların hər biri, saat sarkacı kimi, kristal qəfəsin müəyyən nöqtəsi ətrafında hərəkət edir. Bu, bərk maddələrə xüsusi güc və sərtlik verir.

Buna görə də, bu halda ən aktual sual aktiv hissəciklərin bərk cisimlərdə necə yerləşməsidir. Bütün digər hallarda atomların (molekulların) belə nizamlı bir quruluşu yoxdur.

Mayenin xüsusiyyətləri

Ödəmək lazımdır Xüsusi diqqət mayelərin bədənin bərk vəziyyəti ilə qaz fazası arasında bir növ ara əlaqə olduğunu. Belə ki, temperatur azaldıqda maye bərkiyir, maddənin qaynama nöqtəsindən yuxarı qalxdıqda isə qaz halına keçir. Bununla birlikdə, maye var ümumi xüsusiyyətlər həm bərk, həm də qaz halında olan maddələrlə. Beləliklə, 1860-cı ildə görkəmli yerli alim D.I.Mendeleev sözdə varlığını qurdu kritik temperatur- mütləq qaynama. Bu, bərk vəziyyətdə olan qaz və maddə arasındakı nazik sərhədin yox olduğu dəyərdir.

İki qonşu aqreqasiya vəziyyətini birləşdirən növbəti meyar izotropiyadır. Bu halda onların xassələri bütün istiqamətlərdə eynidir. Kristallar, öz növbəsində, anizotropdur. Qazlar kimi, mayelərin də sabit forması yoxdur və yerləşdikləri qabın bütün həcmini tutur. Yəni, onlar aşağı özlülük və yüksək axıcılığa malikdirlər. Bir-biri ilə toqquşaraq maye və ya qazın mikrohissəcikləri sərbəst hərəkət edir. Əvvəllər mayenin tutduğu həcmdə molekulların nizamlı hərəkəti olmadığına inanılırdı. Beləliklə, maye və qaz kristallara qarşı idi. Lakin sonrakı araşdırmalar nəticəsində bərk və mayelər arasında oxşarlıqlar sübuta yetirildi.

Maye fazada bərkiməyə yaxın bir temperaturda istilik hərəkəti bərk cisimlərdəki hərəkətə bənzəyir. Bu vəziyyətdə, maye hələ də müəyyən bir quruluşa sahib ola bilər. Buna görə də, mayelərdə və qazlarda hissəciklərin bərk cisimlərdə necə yerləşməsi sualına cavab verərək deyə bilərik ki, sonuncuda molekulların hərəkəti xaotik və nizamsızdır. Lakin bərk cisimlərdə molekullar əksər hallarda müəyyən, sabit mövqe tuturlar.

Bu vəziyyətdə maye bir növ ara keçiddir. Üstəlik, onun temperaturu qaynamağa nə qədər yaxın olarsa, molekullar bir o qədər qazlardakı kimi hərəkət edərlər. Əgər temperatur bərk fazaya keçidə yaxındırsa, mikrohissəciklər getdikcə daha nizamlı şəkildə hərəkət etməyə başlayır.

Maddələrin vəziyyətindəki dəyişikliklər

Gəlin daha yaxından nəzər salaq sadə misal suyun vəziyyətində dəyişiklik. Buz suyun bərk fazasıdır. Onun temperaturu sıfırın altındadır. Sıfır temperaturda buz əriməyə başlayır və suya çevrilir. Bu, kristal şəbəkənin məhv edilməsi ilə izah olunur: qızdırılan zaman hissəciklər hərəkət etməyə başlayır. Maddənin birləşmə vəziyyətini dəyişdiyi temperatur ərimə nöqtəsi adlanır (bizim vəziyyətimizdə su üçün 0-dır). Qeyd edək ki, buzun temperaturu tamamilə əriyənə qədər eyni səviyyədə qalacaq. Bu halda mayenin atomları və ya molekulları bərk cisimlərdə olduğu kimi hərəkət edəcəklər.

Bundan sonra suyu qızdırmağa davam edəcəyik. Eyni zamanda, maddəmiz aqreqasiya vəziyyətində növbəti dəyişiklik nöqtəsinə - qaynama nöqtəsinə çatana qədər hissəciklər daha intensiv hərəkət etməyə başlayır. Bu an, hərəkətin sürətlənməsi səbəbindən onu əmələ gətirən molekullar arasındakı bağlar pozulduqda baş verir - sonra o, sərbəst xarakter alır və sözügedən maye qaz fazasına keçir. Maddənin (suyun) maye fazadan qaz fazasına çevrilməsi prosesinə qaynama deyilir.

Suyun qaynadığı temperatura qaynama nöqtəsi deyilir. Bizim vəziyyətimizdə bu dəyər 100 dərəcə Selsi (temperatur təzyiqdən asılıdır, normal təzyiq bir atmosferdir). Qeyd: mövcud maye tamamilə buxara çevrilənə qədər onun temperaturu sabit qalır.

Suyun qaz halından (buxardan) mayeyə keçməsinin əks prosesi də mümkündür ki, bu da kondensasiya adlanır.

Sonra, dondurma prosesini müşahidə edə bilərsiniz - mayenin (suyun) bərk forma keçməsi prosesi (ilkin vəziyyət yuxarıda təsvir edilmişdir - bu buzdur). Daha əvvəl təsvir edilən proseslər hissəciklərin bərk, maye və qazlarda necə düzüldüyünə birbaşa cavab verir. Maddənin molekullarının yeri və vəziyyəti onun birləşmə vəziyyətindən asılıdır.

bərk nədir? Mikrohissəciklər onda necə davranır?

Bərk maddi mühitin vəziyyətidir, fərqləndirici xüsusiyyət qoruyub saxlamaqdır daimi forma və kiçik vibrasiyalar yaradan mikrohissəciklərin istilik hərəkətinin daimi xarakteri. Cismlər bərk, maye və qaz hallarında ola bilər. Müasir alimlərin məcmu kimi təsnif etməyə meylli olduğu dördüncü bir vəziyyət də var - bu plazma deyilən şeydir.

Beləliklə, birinci halda, hər hansı bir maddə, bir qayda olaraq, sabit, dəyişməz bir forma malikdir və buna əsas təsir hissəciklərin bərk cisimlərdə necə düzülməsidir. Mikroskopik səviyyədə bərk cismi təşkil edən atomların bir-birinə bağlı olduğunu görmək olar kimyəvi bağlar və kristal şəbəkənin düyünlərində yerləşirlər.

Ancaq bir istisna var - bərk vəziyyətdə olan, lakin kristal qəfəsin olması ilə öyünə bilməyən amorf maddələr. Məhz buradan biz hissəciklərin bərk cisimlərdə necə düzüldüyünə cavab verə bilərik. Birinci halda, fizika atomların və ya molekulların qəfəs yerlərində yerləşdiyini göstərir. Ancaq ikinci halda, əlbəttə ki, belə bir sifariş yoxdur və belə bir maddə mayeyə daha çox bənzəyir.

Bərk cismin fizikası və mümkün quruluşu

Bu zaman maddə öz həcmini və təbii ki, formasını saxlamağa meyllidir. Yəni, sonuncunu dəyişdirmək üçün səy göstərilməlidir və bunun metal əşya, plastik və ya gil olmasının fərqi yoxdur. Səbəb onun molekulyar quruluşundadır. Yaxud daha dəqiq desək, orqanizmi təşkil edən molekulların qarşılıqlı təsirində. Bu vəziyyətdə onlar ən yaxın yerdədirlər. Molekulların bu düzülüşü təbiətdə təkrarlanır. Məhz buna görə də bu komponentlərin hər biri arasında qarşılıqlı cazibə qüvvələri çox güclüdür.

Mikrohissəciklərin qarşılıqlı təsiri onların hərəkətinin xarakterini izah edir. Belə bərk cismin formasını və ya həcmini bu və ya digər istiqamətdə tənzimləmək çox çətindir. Bərk cismin hissəcikləri bərk cismin bütün həcmi boyunca xaotik şəkildə hərəkət edə bilmir, ancaq kosmosda müəyyən bir nöqtə ətrafında salına bilir. Bərk cismin molekulları xaotik şəkildə müxtəlif istiqamətlərdə salınır, lakin oxşar molekullarla toqquşur və bu da onları orijinal vəziyyətinə qaytarır. Buna görə bərk cisimlərdəki hissəciklər, bir qayda olaraq, ciddi şəkildə müəyyən edilmiş qaydada düzülür.

Hissəciklər və onların bərk cisimdə yerləşməsi

Bərk maddələr üç növ ola bilər: kristal, amorf və kompozit. Tam olaraq kimyəvi birləşmə bərk cisimlərdə hissəciklərin düzülüşünə təsir göstərir.

Kristal bərk maddələr nizamlı bir quruluşa malikdir. Onların molekulları və ya atomları kristal məkan qəfəsini əmələ gətirir düzgün forma. Beləliklə, kristal vəziyyətdə olan bərk cisim müəyyən bir kristal qəfəsə malikdir və bu da öz növbəsində müəyyən fiziki xassələri. Bu, hissəciklərin bərk cisimdə necə düzüldüyünə cavabdır.

Nümunə verək: uzun illər əvvəl Sankt-Peterburqda anbarda bir anbarda ağ parlaq qalay düymələri saxlanılırdı ki, temperatur aşağı düşəndə parlaqlığını itirərək ağdan boz rəngə çevrilirdi. Düymələr boz toz halına gəldi. Bu "xəstəliyə" "qalay taunu" verilən ad idi, amma əslində bu, aşağı temperaturun təsiri altında kristalların strukturunun yenidən qurulması idi. Qalay, ağ çeşiddən boz çeşidə keçərkən toz halına gəlir. Kristallar da öz növbəsində mono və polikristallara bölünür.

Tək kristallar və polikristallar

Tək kristallar (süfrə duzu) müntəzəm çoxbucaqlılar şəklində davamlı kristal qəfəs ilə təmsil olunan tək bircinsli kristallardır. Polikristallar (qum, şəkər, metallar, daşlar) kiçik, xaotik yerləşmiş kristallardan birlikdə böyümüş kristal cisimlərdir. Kristallarda anizotropiya adlanan bir fenomen müşahidə olunur.

Amorfluq: xüsusi hal

Amorf cisimlər (qatran, kanifol, şüşə, kəhrəba) hissəciklərin düzülüşündə aydın, ciddi nizama malik deyillər. Bu, bərk cisimlərdə hissəciklərin tapılma ardıcıllığının qeyri-adi halıdır. Bu zaman izotropiya hadisəsi müşahidə olunur, amorf cisimlərin fiziki xassələri bütün istiqamətlərdə eyni olur; Yüksək temperaturda onlar özlü mayelərə, aşağı temperaturda isə bərk cisimlərə bənzəyirlər. Xarici təsirə məruz qaldıqda, eyni zamanda elastik xüsusiyyətlər nümayiş etdirirlər, yəni təsir zamanı bərk cisimlər kimi miniatür hissəciklərə və axıcılığa bölünürlər: uzun müddət temperaturun təsiri altında mayelər kimi axmağa başlayırlar. Onların xüsusi ərimə və kristallaşma temperaturları yoxdur. Qızdırıldıqda amorf cisimlər yumşalır.

Amorf maddələrin nümunələri

Məsələn, adi şəkəri götürək və onun nümunəsindən istifadə edərək müxtəlif hallarda bərk cisimlərdə hissəciklərin düzülməsini öyrənək. Bu halda eyni material kristal və ya amorf formada baş verə bilər. Ərinmiş şəkər yavaş-yavaş sərtləşirsə, molekullar bərabər cərgələr - kristallar (şəkər şəkəri və ya dənəvər şəkər) əmələ gətirir. Məsələn, əridilmiş şəkər tökülürsə soyuq su, soyutma çox tez baş verəcək və hissəciklərin müntəzəm sıralar yaratmağa vaxtı olmayacaq - ərimə kristallar meydana gəlmədən sərtləşəcəkdir. Şəkər konfetini belə əldə edirsiniz (bu, kristal olmayan şəkərdir).

Ancaq bir müddət sonra belə bir maddə yenidən kristallaşa bilər, hissəciklər müntəzəm sıralarda toplanır. Şəkər konfeti bir neçə ay oturursa, boş bir təbəqə ilə örtülməyə başlayacaq. Kristallar səthdə belə görünür. Şəkərin ömrü bir neçə ay, daş üçün isə milyonlarla il olacaq. Karbon unikal bir nümunədir. Qrafit kristal karbondur, strukturu laylıdır. Almaz isə yer üzündəki ən sərt mineraldır, şüşə kəsmək və daş kəsmək qabiliyyətinə malikdir. Bu vəziyyətdə yalnız bir maddə var - karbon, lakin özəllik müxtəlif kristal formalar yaratmaq qabiliyyətindədir. Bu, hissəciklərin bərk cisimdə necə düzüldüyünə başqa bir cavabdır.

Nəticələr. Nəticə

Bərk cisimlərdə hissəciklərin quruluşu və düzülüşü sözügedən maddənin hansı tipə aid olmasından asılıdır. Əgər maddə kristaldirsə, o zaman mikrohissəciklərin düzülüşü sifariş olunacaq. Amorf strukturlarda bu xüsusiyyət yoxdur. Lakin kompozitlər həm birinci, həm də ikinci qrupa aid ola bilər.

Bir halda, maye bərk cisim kimi davranır (aşağı temperaturda, kristallaşma temperaturuna yaxındır), həm də qaz kimi davrana bilər (artdıqca). Buna görə də, bu araşdırmada hissəciklərin təkcə bərk cisimlərdə deyil, həm də maddənin digər əsas məcmu vəziyyətlərində necə yerləşdiyini araşdırdıq.

Molekulun kinetik enerjisi

Qazda molekullar sərbəst hərəkət edir (digər molekullardan təcrid olunmuş), yalnız arabir bir-biri ilə və ya qabın divarları ilə toqquşur. Nə qədər ki, molekul sərbəst hərəkət edir, yalnız kinetik enerjiyə malikdir. Toqquşma zamanı molekullar da potensial enerji qazanırlar. Beləliklə, qazın ümumi enerjisi onun molekullarının kinetik və potensial enerjilərinin cəmidir. Qaz nə qədər nadirdirsə, hər an bir o qədər çox molekul sərbəst hərəkət vəziyyətində olur, yalnız kinetik enerjiyə malikdir. Nəticə etibarilə, qaz nadirləşdirildikdə, potensial enerjinin nisbəti kinetik enerji ilə müqayisədə azalır.

İdeal qaz tarazlığında bir molekulun orta kinetik enerjisi çox bir enerjiyə malikdir mühüm xüsusiyyət: müxtəlif qazların qarışığında qarışığın müxtəlif komponentləri üçün molekulun orta kinetik enerjisi eynidir.

Məsələn, hava qazların qarışığıdır. Hava hələ də ideal qaz sayıla bilən normal şəraitdə hava molekulunun bütün komponentləri üçün orta enerjisi eynidir. İdeal qazların bu xassəsini ümumi statistik mülahizələr əsasında sübut etmək olar. Ondan belə çıxır mühüm nəticəsidir: Əgər iki müxtəlif qaz (müxtəlif qablarda) bir-biri ilə istilik tarazlığındadırsa, onda onların molekullarının orta kinetik enerjiləri eynidir.

Qazlarda molekullar və atomlar arasındakı məsafə adətən molekulların özlərinin ölçüsündən çox böyükdür; Nəticədə qazın öz forması və sabit həcmi yoxdur. Qaz asanlıqla sıxılır və məhdudiyyətsiz genişləyə bilir. Qaz molekulları sərbəst hərəkət edir (tərcümə olaraq fırlana bilir), yalnız bəzən digər molekullarla və qazın yerləşdiyi qabın divarları ilə toqquşur və çox yüksək sürətlə hərəkət edir.

Bərk cisimlərdə hissəciklərin hərəkəti

Bərk cisimlərin quruluşu qazların quruluşundan əsaslı şəkildə fərqlənir. Onlarda molekullararası məsafələr kiçikdir və molekulların potensial enerjisi kinetik enerji ilə müqayisə edilə bilər. Atomları (və ya ionları və ya bütöv molekulları) hərəkətsiz adlandırmaq olmaz, onlar orta mövqelər ətrafında təsadüfi salınım hərəkəti edirlər; Temperatur nə qədər yüksək olarsa, salınma enerjisi bir o qədər çox olar və buna görə də rəqslərin orta amplitudası. Atomların istilik vibrasiyası bərk cisimlərin istilik tutumunu da izah edir. Kristal bərk cisimlərdə hissəciklərin hərəkətlərini daha ətraflı nəzərdən keçirək. Bütövlükdə bütün kristal çox mürəkkəb birləşmiş salınım sistemidir. Atomların orta mövqelərindən sapmaları kiçikdir və buna görə də atomların Hukun xətti qanununa tabe olan kvazi elastik qüvvələrin təsirinə məruz qaldığını güman edə bilərik. Belə salınım sistemləri xətti adlanır.

Xətti salınımlara məruz qalan sistemlərin işlənmiş riyazi nəzəriyyəsi mövcuddur. Çox vacib bir teoremi sübut edir ki, onun mahiyyəti aşağıdakı kimidir. Sistem kiçik (xətti) bir-biri ilə əlaqəli rəqsləri yerinə yetirirsə, o zaman koordinatları çevirməklə onu formal olaraq müstəqil osilatorlar sisteminə (salınma tənlikləri bir-birindən asılı olmayan) endirmək olar. Müstəqil osilatorlar sistemi özünü ideal qaz kimi aparır, o mənada ki, sonuncunun atomları da müstəqil hesab edilə bilər.

Qaz atomlarının müstəqilliyi ideyasından istifadə edərək Boltsman qanununa çatırıq. Bu çox mühüm nəticə sadə və ifadə edir möhkəm təməl bərk cisimlərin bütün nəzəriyyəsi üçün.

Boltzman qanunu

ilə osilatorların sayı verilmiş parametrlər(koordinatlar və sürətlər) müəyyən bir vəziyyətdə olan qaz molekullarının sayı ilə eyni şəkildə, düsturla müəyyən edilir:

Osilator enerjisi.

Bərk cisimlər nəzəriyyəsində Boltsman qanununun (1) heç bir məhdudiyyəti yoxdur, lakin osilatorun enerjisi üçün düstur (2) klassik mexanikadan götürülmüşdür. Bərk cisimləri nəzəri cəhətdən nəzərdən keçirərkən, osilatorun enerjisində diskret dəyişikliklərlə xarakterizə olunan kvant mexanikasına etibar etmək lazımdır. Osilatorun enerjisinin diskretliyi yalnız kifayət qədər olduqda əhəmiyyətsiz olur yüksək dəyərlər onun enerjisi. Bu o deməkdir ki, (2) yalnız kifayət qədər yüksək temperaturda istifadə edilə bilər. Ərimə nöqtəsinə yaxın bərk cismin yüksək temperaturlarında enerjinin sərbəstlik dərəcələri üzrə vahid paylanması qanunu Boltsman qanunundan irəli gəlir. Hər bir sərbəstlik dərəcəsi üçün qazlarda orta hesabla (1/2) kT-ə bərabər enerji miqdarı varsa, osilator potensial enerji ilə kinetikdən əlavə bir sərbəstlik dərəcəsinə malikdir. Buna görə də, bir dərəcə sərbəstlik üçün kifayət qədər möhkəm bir bədəndə yüksək temperatur kT-yə bərabər enerji var. Bu qanuna əsaslanaraq ümumi məbləği hesablamaq çətin deyil daxili enerji bərk cismin, ondan sonra isə onun istilik tutumu. Bərk maddənin bir molunda NA atomları var və hər atomun üç sərbəstlik dərəcəsi var. Buna görə də molda 3 NA osilator var. Bir mol bərk cismin enerjisi

və kifayət qədər yüksək temperaturda bərk cismin molar istilik tutumudur

Təcrübə bu qanunu təsdiqləyir.

Mayelər qazlar və bərk cisimlər arasında aralıq mövqe tutur. Mayenin molekulları uzun məsafələrə dağılmır və normal şəraitdə maye öz həcmini saxlayır. Amma bərk cisimlərdən fərqli olaraq molekullar təkcə titrəmir, həm də yerdən yerə tullanır, yəni sərbəst hərəkətlər edir. Temperatur artdıqca mayelər qaynayır (qaynama nöqtəsi deyilən bir nöqtə var) və qaza çevrilir. Temperatur azaldıqca mayelər kristallaşır və bərk hala gəlir. Temperatur sahəsində qaz (doymuş buxar) və maye arasındakı sərhədin (kritik nöqtə) yox olduğu bir nöqtə var. Qatılaşma temperaturuna yaxın mayelərdə molekulların istilik hərəkətinin nümunəsi bərk maddələrdəki molekulların davranışına çox oxşardır. Məsələn, istilik tutumu əmsalları tamamilə eynidır. Ərimə zamanı maddənin istilik tutumu bir qədər dəyişdiyindən belə nəticəyə gəlmək olar ki, mayedəki hissəciklərin hərəkətinin təbiəti bərk cisimdəki hərəkətə yaxındır (ərimə temperaturunda). Qızdırıldıqda, mayenin xüsusiyyətləri tədricən dəyişir və daha çox qaza bənzəyir. Mayelərdə hissəciklərin orta kinetik enerjisi onların molekullararası qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisindən azdır. Mayelərdə və bərk cisimlərdə molekullararası qarşılıqlı təsirin enerjisi əhəmiyyətsiz dərəcədə fərqlənir. Əgər ərimə istiliyini və buxarlanma istiliyini müqayisə etsək, görərik ki, bir birləşmə vəziyyətindən digərinə keçid zamanı ərimə istiliyi buxarlanma istiliyindən əhəmiyyətli dərəcədə aşağı olur. Mayenin strukturunun adekvat riyazi təsviri yalnız statistik fizikanın köməyi ilə verilə bilər. Məsələn, maye eyni sferik molekullardan ibarətdirsə, onda onun strukturu istinad nöqtəsi kimi seçilmiş verilmişdən r məsafədə hər hansı molekulu aşkar etmək ehtimalını verən radial paylanma funksiyası g(r) ilə təsvir edilə bilər. Eksperimental olaraq, bu funksiyanı rentgen şüalarının və ya neytronların difraksiyasını öyrənməklə tapmaq olar. kompüter modelləşdirmə Nyuton mexanikasından istifadə edərək bu funksiya.

Mayenin kinetik nəzəriyyəsi Ya.İ. Frenkel. Bu nəzəriyyədə maye, bərk cisimdə olduğu kimi, kimi qəbul edilir dinamik sistem harmonik osilatorlar. Lakin bərk cisimdən fərqli olaraq, mayedəki molekulların tarazlıq vəziyyəti müvəqqətidir. Bir mövqe ətrafında salındıqdan sonra maye molekulu yaxınlıqda yerləşən yeni mövqeyə sıçrayır. Belə bir sıçrayış enerjinin xərclənməsi ilə baş verir. Bir maye molekulunun orta "oturma müddəti" aşağıdakı kimi hesablana bilər:

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

burada $t_0\ $ bir tarazlıq mövqeyi ətrafında salınımlar dövrüdür. Molekulun bir mövqedən digərinə keçmək üçün almalı olduğu enerjiyə aktivləşmə enerjisi W, molekulun tarazlıq vəziyyətində olduğu vaxt isə “oturuşmuş həyat” vaxtı t adlanır.

Su molekulu üçün, məsələn, otaq temperaturunda bir molekul təxminən 100 vibrasiyaya məruz qalır və yeni mövqeyə sıçrayır. Mayenin molekulları arasında cazibə qüvvələri güclüdür ki, həcm saxlanılsın, lakin molekulların məhdud oturaq həyatı axıcılıq kimi bir fenomenin yaranmasına səbəb olur. Tarazlıq mövqeyinə yaxın hissəciklərin salınması zamanı onlar davamlı olaraq bir-biri ilə toqquşurlar, buna görə də mayenin kiçik bir sıxılması hissəciklərin toqquşmalarının kəskin "bərkləşməsinə" səbəb olur. deməkdir kəskin artım mayenin sıxıldığı gəminin divarlarına təzyiqi.

Misal 1

Tapşırıq: Misin xüsusi istilik tutumunu təyin edin. Tutaq ki, misin temperaturu ərimə nöqtəsinə yaxındır. (Misin molyar kütləsi $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kq)(mol))$

Dulong və Petit qanununa görə mollar kimyəvi cəhətdəndir sadə maddələrərimə nöqtəsinə yaxın temperaturlarda istilik tutumuna malikdir:

Misin xüsusi istilik tutumu:

\[С=\frac(с)(\mu )\to С=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[С=\frac(3\cdot 8.31) (63) \cdot 10^(-3))=0,39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]

Cavab: Misin xüsusi istilik tutumu $0,39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\sağ).$

Tapşırıq: Suda duzun (NaCl) həlli prosesini fizika nöqteyi-nəzərindən sadələşdirilmiş şəkildə izah edin.

Müasir həllər nəzəriyyəsinin əsasını D.I. Mendeleyev. Müəyyən etdi ki, həll olunma zamanı eyni vaxtda iki proses baş verir: fiziki - məhlulun bütün həcmi boyunca məhlulun hissəciklərinin vahid paylanması və kimyəvi - həlledicinin həlledici ilə qarşılıqlı təsiri. Bizi fiziki proses maraqlandırır. Duz molekulları su molekullarını məhv etmir. Bu halda suyun buxarlanması qeyri-mümkün olardı. Əgər duz molekulları su molekullarına birləşsəydi, biz yeni bir maddə əldə edərdik. Duz molekulları isə molekulların içərisinə nüfuz edə bilmir.

Xlor və qütb su molekullarının Na+ və Cl- ionları arasında ion-dipol bağı yaranır. Molekullardakı ion bağlarından daha güclü olduğu ortaya çıxdı süfrə duzu. Bu proses nəticəsində NaCl kristallarının səthində yerləşən ionlar arasındakı əlaqə zəifləyir, natrium və xlor ionları kristaldan ayrılır və su molekulları onların ətrafında nəmləndirici qabıqlar əmələ gətirir. Ayrılmış hidratlı ionlar, istilik hərəkətinin təsiri altında, həlledici molekullar arasında bərabər paylanır.

Bərk cismin molekulları və atomları müəyyən qaydada və formada düzülür kristal qəfəs . Belə bərk maddələr kristal adlanır. Atomlar tarazlıq mövqeyi ətrafında vibrasiya hərəkətləri edir və onlar arasında cazibə çox güclüdür. Buna görə də normal şəraitdə bərk cisimlər öz həcmini saxlayır və öz formasına malikdirlər.

İstilik tarazlığı, ətraf mühitdən izolyasiya şəraitində kifayət qədər uzun bir müddətdən sonra özbaşına keçdiyi termodinamik sistemin vəziyyətidir.

Temperatur, termodinamik tarazlıq vəziyyətində makroskopik sistemin hissəciklərinin orta kinetik enerjisini xarakterizə edən fiziki kəmiyyətdir. Tarazlıq vəziyyətində sistemin bütün makroskopik hissələri üçün temperatur eyni qiymətə malikdir.

Selsi dərəcəsi(təyinatı: °C) Kelvin ilə birlikdə Beynəlxalq Vahidlər Sistemində (SI) istifadə olunan geniş istifadə olunan temperatur ölçü vahididir.

Merkuri tibbi termometr

Mexanik termometr

Selsi dərəcəsi 1742-ci ildə temperaturun ölçülməsi üçün yeni şkala təklif edən İsveç alimi Anders Celsiusun şərəfinə adlandırılıb. Buzun ərimə nöqtəsi Selsi şkalası üzrə sıfır, suyun qaynama nöqtəsi isə standart atmosfer təzyiqində 100° olaraq qəbul edilmişdir. (Əvvəlcə Selsi buzun ərimə temperaturunu 100°, suyun qaynama temperaturunu isə 0° kimi qəbul etdi. Və yalnız sonralar onun müasiri Karl Linney bu şkalanı “çevirdi”). Bu miqyas 0-100° diapazonunda xəttidir və həmçinin 0°-dən aşağı və 100°-dən yuxarı bölgədə xətti olaraq davam edir. Xəttilik dəqiq temperatur ölçmələrində əsas məsələdir. Su ilə doldurulmuş klassik bir termometrin 4 dərəcədən aşağı temperaturda qeyd edilə bilməyəcəyini qeyd etmək kifayətdir, çünki bu diapazonda su yenidən genişlənməyə başlayır.

Selsi dərəcələrinin orijinal tərifi standart atmosfer təzyiqinin tərifindən asılı idi, çünki həm suyun qaynama nöqtəsi, həm də buzun ərimə nöqtəsi təzyiqdən asılıdır. Bu, ölçü vahidinin standartlaşdırılması üçün çox əlverişli deyil. Buna görə də Kelvin K temperaturun əsas vahidi kimi qəbul edildikdən sonra Selsi dərəcəsinin tərifinə yenidən baxıldı.

Müasir tərifə görə, Selsi dərəcəsi bir kelvin K-yə bərabərdir və Selsi şkalasının sıfırı suyun üçqat nöqtəsinin temperaturu 0,01 ° C-ə bərabərdir. Nəticədə, Selsi və Kelvin şkalaları 273,15 ilə dəyişdi:

26)Ideal qaz - riyazi model qaz, burada molekulların potensial qarşılıqlı enerjisinin onların kinetik enerjisi ilə müqayisədə laqeyd qala biləcəyi güman edilir. Molekullar arasında cazibə və itələmə qüvvələri yoxdur, hissəciklərin bir-biri ilə və damar divarları ilə toqquşması tamamilə elastikdir və molekullar arasındakı qarşılıqlı təsir müddəti toqquşmalar arasındakı orta vaxtla müqayisədə əhəmiyyətsizdir.

Harada k Boltzman sabitidir (universal qaz sabitinin nisbəti R Avogadro nömrəsinə N A), i- molekulların sərbəstlik dərəcələrinin sayı (fiziki analoqu inert qazlar ola bilən, molekulların kiçik radiuslu sferalar olduğu qəbul edilən ideal qazlarla bağlı əksər məsələlərdə) və T- mütləq temperatur.

Əsas MKT tənliyi makroskopik parametrlərə (təzyiq, həcm, temperatur) aiddir. qaz sistemi mikroskopik (molekulların kütləsi, onların hərəkətinin orta sürəti) ilə.

Fizika. Molekullar. Molekulların qaz, maye və bərk məsafələrdə düzülüşü.

Qaz halında molekullar bir-biri ilə əlaqəli deyil, onlar var uzun məsafə bir birindən. Brownian hərəkatı. Qaz nisbətən asanlıqla sıxıla bilər.
Mayedə molekullar bir-birinə yaxındır və birlikdə titrəyir. Sıxmaq demək olar ki, mümkün deyil.
Bərk cisimdə molekullar ciddi qaydada düzülür (kristal qəfəslərdə) və molekulyar hərəkət yoxdur. Sıxıla bilməz.
Maddənin quruluşu və kimyanın başlanğıcı:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(qeydiyyat olmadan və SMS mesajları olmadan, rahat mətn formatında: Ctrl+C istifadə edə bilərsiniz)
Bərk vəziyyətdə molekulların hərəkət etməməsi ilə razılaşmaq mümkün deyil.
Qazlarda molekulların hərəkəti
Qazlarda molekullar və atomlar arasındakı məsafə adətən əhəmiyyətli olur daha çox ölçülər molekullar və cəlbedici qüvvələr çox kiçikdir. Buna görə də qazların öz forması və sabit həcmi yoxdur. Qazlar asanlıqla sıxılır, çünki böyük məsafələrdə itələyici qüvvələr də kiçikdir. Qazlar qeyri-müəyyən müddətə genişlənmək, onlara verilən bütün həcmi doldurmaq xüsusiyyətinə malikdir. Qaz molekulları çox yüksək sürətlə hərəkət edir, bir-biri ilə toqquşur və müxtəlif istiqamətlərdə bir-birindən sıçrayır. Molekulların gəminin divarlarına çoxsaylı təsirləri qaz təzyiqi yaradır.

Mayelərdə molekulların hərəkəti
Mayelərdə molekullar təkcə tarazlıq mövqeyi ətrafında fırlanmır, həm də bir tarazlıq mövqeyindən digərinə sıçrayışlar edir. Bu atlamalar vaxtaşırı baş verir. Belə atlamalar arasındakı müddət oturaq həyatın orta vaxtı (və ya orta istirahət vaxtı) adlanır və ? hərfi ilə işarələnir. Başqa sözlə, relaksasiya vaxtı müəyyən bir tarazlıq mövqeyi ətrafında salınımların vaxtıdır. Otaq temperaturunda bu müddət orta hesabla 10-11 s təşkil edir. Bir rəqsin vaxtı 10-1210-13 s-dir.

Oturaq həyat müddəti temperaturun artması ilə azalır. Mayenin molekulları arasındakı məsafə molekulların ölçüsündən kiçikdir, hissəciklər bir-birinə yaxın yerləşir və molekullararası cazibə güclüdür. Bununla belə, maye molekullarının düzülüşü bütün həcmdə ciddi şəkildə nizamlanmır.
Mayelər, bərk maddələr kimi, öz həcmini saxlayır, lakin öz formasına malik deyillər. Buna görə də, onlar yerləşdikləri gəminin formasını alırlar. Maye axıcılıq xüsusiyyətinə malikdir. Bu xassə sayəsində maye forma dəyişməsinə müqavimət göstərmir, bir qədər sıxılır və onun fiziki xassələri mayenin daxilində bütün istiqamətlərdə eyni olur (mayelərin izotropiyası). Mayelərdə molekulyar hərəkətin təbiəti ilk dəfə sovet fiziki Yakov İliç Frenkel (1894 1952) tərəfindən müəyyən edilmişdir.
Bərk cisimlərdə molekulların hərəkəti
Bərk cismin molekulları və atomları müəyyən ardıcıllıqla düzülür və kristal qəfəs əmələ gətirir. Belə bərk maddələr kristal adlanır. Atomlar tarazlıq mövqeyi ətrafında vibrasiya hərəkətləri edir və onlar arasında cazibə çox güclüdür. Buna görə də normal şəraitdə bərk cisimlər öz həcmini saxlayır və öz formasına malikdirlər.
Qaz halında - onlar təsadüfi hərəkət edirlər, açılırlar
Mayedə - bir-birinə uyğun hərəkət edin
Bərk cisimlərdə onlar hərəkət etmirlər.

Molekulun kinetik enerjisi

İdeal qazın tarazlığında molekulun orta kinetik enerjisi bir çox mühüm xüsusiyyətə malikdir: müxtəlif qazların qarışığında qarışığın müxtəlif komponentləri üçün molekulun orta kinetik enerjisi eynidir.

Məsələn, hava qazların qarışığıdır. Hava hələ də ideal qaz sayıla bilən normal şəraitdə hava molekulunun bütün komponentləri üçün orta enerjisi eynidir. İdeal qazların bu xassəsini ümumi statistik mülahizələr əsasında sübut etmək olar. Bundan mühüm nəticə çıxır: əgər iki müxtəlif qaz (müxtəlif qablarda) bir-biri ilə istilik tarazlığındadırsa, onda onların molekullarının orta kinetik enerjiləri eyni olur.

Bərk cisimlərdə hissəciklərin hərəkəti

Qaz atomlarının müstəqilliyi ideyasından istifadə edərək Boltsman qanununa çatırıq. Bu çox mühüm nəticə bərk cisimlərin bütün nəzəriyyəsi üçün sadə və etibarlı əsas verir.

Boltzman qanunu

Verilmiş parametrləri (koordinatları və sürətləri) olan osilatorların sayı, müəyyən bir vəziyyətdə olan qaz molekullarının sayı ilə eyni şəkildə, düsturla müəyyən edilir:

Osilator enerjisi.

Bərk cisimlər nəzəriyyəsində Boltsman qanununun (1) heç bir məhdudiyyəti yoxdur, lakin osilatorun enerjisi üçün düstur (2) klassik mexanikadan götürülmüşdür. Bərk cisimləri nəzəri cəhətdən nəzərdən keçirərkən, osilatorun enerjisində diskret dəyişikliklərlə xarakterizə olunan kvant mexanikasına etibar etmək lazımdır. Osilator enerjisinin diskretliyi yalnız onun enerjisinin kifayət qədər yüksək dəyərlərində əhəmiyyətsiz olur. Bu o deməkdir ki, (2) yalnız kifayət qədər yüksək temperaturda istifadə edilə bilər. Ərimə nöqtəsinə yaxın bərk cismin yüksək temperaturlarında enerjinin sərbəstlik dərəcələri üzrə vahid paylanması qanunu Boltsman qanunundan irəli gəlir. Hər bir sərbəstlik dərəcəsi üçün qazlarda orta hesabla (1/2) kT-ə bərabər enerji miqdarı varsa, osilator potensial enerji ilə kinetikdən əlavə bir sərbəstlik dərəcəsinə malikdir. Beləliklə, kifayət qədər yüksək temperaturda bərk cisimdə bir sərbəstlik dərəcəsi üçün kT-ə bərabər enerji var. Bu qanuna əsasən, bərk cismin ümumi daxili enerjisini və ondan sonra onun istilik tutumunu hesablamaq çətin deyil. Bərk maddənin bir molunda NA atomları var və hər atomun üç sərbəstlik dərəcəsi var. Buna görə də molda 3 NA osilator var. Bir mol bərk cismin enerjisi

və kifayət qədər yüksək temperaturda bərk cismin molar istilik tutumudur

Təcrübə bu qanunu təsdiqləyir.

Mayelər qazlar və bərk cisimlər arasında aralıq mövqe tutur. Mayenin molekulları uzun məsafələrə dağılmır və normal şəraitdə maye öz həcmini saxlayır. Amma bərk cisimlərdən fərqli olaraq molekullar təkcə titrəmir, həm də yerdən yerə tullanır, yəni sərbəst hərəkətlər edir. Temperatur artdıqca mayelər qaynayır (qaynama nöqtəsi deyilən bir nöqtə var) və qaza çevrilir. Temperatur azaldıqca mayelər kristallaşır və bərk hala gəlir. Temperatur sahəsində qaz (doymuş buxar) və maye arasındakı sərhədin (kritik nöqtə) yox olduğu bir nöqtə var. Qatılaşma temperaturuna yaxın mayelərdə molekulların istilik hərəkətinin nümunəsi bərk maddələrdəki molekulların davranışına çox oxşardır. Məsələn, istilik tutumu əmsalları tamamilə eynidır. Ərimə zamanı maddənin istilik tutumu bir qədər dəyişdiyindən belə nəticəyə gəlmək olar ki, mayedəki hissəciklərin hərəkətinin təbiəti bərk cisimdəki hərəkətə yaxındır (ərimə temperaturunda). Qızdırıldıqda, mayenin xüsusiyyətləri tədricən dəyişir və daha çox qaza bənzəyir. Mayelərdə hissəciklərin orta kinetik enerjisi onların molekullararası qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisindən azdır. Mayelərdə və bərk cisimlərdə molekullararası qarşılıqlı təsirin enerjisi əhəmiyyətsiz dərəcədə fərqlənir. Əgər ərimə istiliyini və buxarlanma istiliyini müqayisə etsək, görərik ki, bir birləşmə vəziyyətindən digərinə keçid zamanı ərimə istiliyi buxarlanma istiliyindən əhəmiyyətli dərəcədə aşağı olur. Mayenin strukturunun adekvat riyazi təsviri yalnız statistik fizikanın köməyi ilə verilə bilər. Məsələn, maye eyni sferik molekullardan ibarətdirsə, onda onun strukturu istinad nöqtəsi kimi seçilmiş verilmişdən r məsafədə hər hansı molekulu aşkar etmək ehtimalını verən radial paylanma funksiyası g(r) ilə təsvir edilə bilər. Bu funksiyanı eksperimental olaraq rentgen şüalarının və ya neytronların difraksiyasını öyrənməklə tapmaq olar və ya bu funksiyanın kompüter simulyasiyası Nyuton mexanikasından istifadə etməklə həyata keçirilə bilər.

Mayenin kinetik nəzəriyyəsi Ya.İ. Frenkel. Bu nəzəriyyədə maye, bərk cisimdə olduğu kimi, ahəngdar osilatorların dinamik sistemi kimi qəbul edilir. Lakin bərk cisimdən fərqli olaraq, mayedəki molekulların tarazlıq vəziyyəti müvəqqətidir. Bir mövqe ətrafında salındıqdan sonra maye molekulu yaxınlıqda yerləşən yeni mövqeyə sıçrayır. Belə bir sıçrayış enerjinin xərclənməsi ilə baş verir. Bir maye molekulunun orta "oturma müddəti" aşağıdakı kimi hesablana bilər:

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

Su molekulu üçün, məsələn, otaq temperaturunda bir molekul təxminən 100 vibrasiyaya məruz qalır və yeni mövqeyə sıçrayır. Mayenin molekulları arasında cazibə qüvvələri güclüdür ki, həcm saxlanılsın, lakin molekulların məhdud oturaq həyatı axıcılıq kimi bir fenomenin yaranmasına səbəb olur. Tarazlıq mövqeyinə yaxın hissəciklərin salınması zamanı onlar davamlı olaraq bir-biri ilə toqquşurlar, buna görə də mayenin kiçik bir sıxılması hissəciklərin toqquşmalarının kəskin "bərkləşməsinə" səbəb olur. Bu, sıxıldığı gəminin divarlarında mayenin təzyiqinin kəskin artması deməkdir.

Misal 1

Tapşırıq: Misin xüsusi istilik tutumunu təyin edin. Tutaq ki, misin temperaturu ərimə nöqtəsinə yaxındır. (Misin molyar kütləsi $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kq)(mol))$

Dulong və Petit qanununa görə, ərimə nöqtəsinə yaxın temperaturda kimyəvi cəhətdən sadə maddələrin molunun istilik tutumu var:

Misin xüsusi istilik tutumu:

\[С=\frac(с)(\mu )\to С=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[С=\frac(3\cdot 8.31) (63) \cdot 10^(-3))=0,39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]

Cavab: Misin xüsusi istilik tutumu $0,39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\sağ).$

Tapşırıq: Suda duzun (NaCl) həlli prosesini fizika nöqteyi-nəzərindən sadələşdirilmiş şəkildə izah edin.

Xlor və qütb su molekullarının Na+ və Cl- ionları arasında ion-dipol bağı yaranır. Süfrə duzunun molekullarındakı ion bağlarından daha güclü olduğu ortaya çıxır. Bu proses nəticəsində NaCl kristallarının səthində yerləşən ionlar arasındakı əlaqə zəifləyir, natrium və xlor ionları kristaldan ayrılır və su molekulları onların ətrafında nəmləndirici qabıqlar əmələ gətirir. Ayrılmış hidratlı ionlar, istilik hərəkətinin təsiri altında, həlledici molekullar arasında bərabər paylanır.