Az anyag minden molekulája részt vesz a hőmozgásban, ezért a hőmozgás természetének változásával az anyag állapota és tulajdonságai is megváltoznak. Tehát, amikor a hőmérséklet emelkedik, a víz felforr, gőzzé alakulva. Ha a hőmérsékletet lecsökkentjük, a víz megfagy, és folyadékból szilárd halmazállapotúvá válik.
MEGHATÁROZÁS
Hőfok- skalár fizikai mennyiség, amely a test felmelegedésének mértékét jellemzi.
A hőmérséklet a molekulák hőmozgásának intenzitásának mértéke, és jellemzi a molekulák állapotát termikus egyensúly makroszkopikus testek rendszerei: a rendszer minden egymással termikus egyensúlyban lévő testének hőmérséklete azonos.
A hőmérsékletet mérik hőmérő. Bármely hőmérő megváltoztatja valamilyen makroszkopikus paramétert a hőmérséklet változásától függően.
A hőmérséklet SI mértékegysége a Kelvin (K) fok. A Celsius-skáláról a Kelvin-hőmérséklet-skálára (abszolút skála) való átmenet képlete a következő:
hol a hőmérséklet Celsius fokban.
A minimális hőmérséklet abszolút skálán nullának felel meg. Nál nél abszolút nulla hőmozgás a molekulák megállnak.
Minél magasabb a test hőmérséklete, annál nagyobb a molekulák hőmozgási sebessége, és ennek következtében annál nagyobb a test molekuláinak energiája. Így a hőmérséklet a molekulák hőmozgásának kinetikai energiájának mértékeként szolgál.
A molekulák négyzetes középsebessége
A molekulák négyzetes középsebességét a következő képlettel számítjuk ki:
hol van a Boltzmann állandó, J/K.
Egy molekula átlagos mozgási energiája
Egy molekula mozgásának átlagos kinetikus energiája:
A Boltzmann-állandó fizikai jelentése abban rejlik, hogy ez az állandó határozza meg az anyag hőmérséklete és az anyag molekuláinak hőmozgásának energiája közötti kapcsolatot.
Fontos megjegyezni, hogy a molekulák hőmozgásának átlagos energiája csak a gáz hőmérsékletétől függ. Adott hőmérsékleten a molekulák transzlációs kaotikus mozgásának átlagos kinetikus energiája egyiktől sem függ kémiai összetétel gáz, sem a molekulák tömegére, sem a gáz nyomására, sem a gáz által elfoglalt térfogatára.
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
| Gyakorlat | Mekkora az argonmolekulák átlagos kinetikus energiája, ha a gáz hőmérséklete C? |
| Megoldás | A gázmolekulák átlagos kinetikus energiáját a következő képlet határozza meg: Boltzmann állandó. Számoljunk: |
| Válasz | Argonmolekulák átlagos kinetikus energiája adott hőmérsékleten J. |
2. PÉLDA
| Gyakorlat | Hány százalékkal nő a gázmolekulák átlagos kinetikus energiája, ha hőmérséklete 7-ről -re változik? |
| Megoldás | A gázmolekulák átlagos kinetikus energiáját a következő összefüggés határozza meg: Az átlagos kinetikus energia változása a hőmérséklet változása miatt: Százalékos energiaváltozás: Váltsuk át az egységeket az SI rendszerbe: . Számoljunk: |
| Válasz | A gázmolekulák átlagos kinetikus energiája 10%-kal nő. |
3. PÉLDA
| Gyakorlat | Hányszor kisebb a levegőben lebegő kg tömegű porrészecske négyzetes középsebessége, mint a levegőmolekulák négyzetes középsebessége? |
| Megoldás | A porrészecske négyzetes középsebessége:
Egy levegőmolekula RMS sebessége:
A levegő molekula tömege: |
[24. fizikai teszt] Az intermolekuláris kölcsönhatás erői. Aggregált halmazállapot. A molekulák hőmozgásának természete szilárd, folyékony, gáznemű testekben és változása a hőmérséklet emelkedésével. Hőtágulás tel. Szilárd anyagok lineáris tágulása hevítéskor. Szilárd és folyadékok térfogati hőtágulása. Átmenetek az aggregált állapotok között. Fázisátalakulási hő. Fázis egyensúly. Hőmérleg egyenlete.
Az intermolekuláris kölcsönhatás erői.
Az intermolekuláris kölcsönhatás elektromos jellegű. Közöttükvonzási és taszító erők hatnak, amelyek növekedésével gyorsan csökkenneka molekulák közötti távolságok.A taszító erők hatnakcsak nagyon rövid távolságokon.A gyakorlatban az anyag viselkedése illaz összesített állapotaaz határozza meg, ami vandomináns: vonzási erőkvagy kaotikus hőmozgás.A szilárd testekben az erők dominálnakinterakciók, tehát azokmegtartja formáját.
Aggregált halmazállapot.
- képesség (szilárd test) vagy képtelenség (folyadék, gáz, plazma) a térfogat és az alak megtartására,
- a nagy hatótávolságú (szilárd test) és rövid hatótávolságú rend (folyadék) és egyéb tulajdonságok megléte vagy hiánya.
A szilárd testekben a hőmozgás főként oszcilláló. Magasban
hőmérsékleten, az intenzív hőmozgás megakadályozza, hogy a molekulák egymáshoz közeledjenek - gáznemű
állapotban a molekulák mozgása transzlációs és rotációs. . Gázokban kevesebb, mint 1 térfogatszázalék
maguknak a molekuláknak a térfogatára vonatkozik. Köztes hőmérsékleten
A molekulák folyamatosan mozognak a térben, de helyet cserélnek
a köztük lévő távolság nem sokkal nagyobb, mint d - folyadék. A molekulák mozgásának természete
folyadékban oszcilláló és transzlációs jellegű (abban a pillanatban, amikor
ugrás új egyensúlyi helyzetbe).
Hőtágulás tel.
A molekulák hőmozgása magyarázza a testek hőtágulásának jelenségét. Nál nél
fűtési amplitúdó oszcilláló mozgás a molekulák növekednek, ami azt eredményezi
a testméret növekedése.
Szilárd anyagok lineáris tágulása hevítéskor.
A merev test lineáris tágulása a következő képlettel írható le: L=L0(1+at) , ahol a a ~10^-5 K^-1 lineáris tágulási együttható.
Szilárd és folyadékok térfogati hőtágulása.
A testek térfogati tágulása hasonló képlettel írható le: V = V0(1+Bt), B a térfogattágulási együttható, B=3a.
Átmenetek az aggregált állapotok között.
Az anyag lehet szilárd, folyékony, gáz halmazállapotú. Ezek
az állapotokat aggregált anyagállapotoknak nevezzük. Az anyag elmozdulhat
egyik állapotból a másikba. Az anyag átalakulásának jellegzetes vonása az
stabil inhomogén rendszerek létezésének lehetősége, ha az anyag képes
egyszerre több halmazállapotban van. Az ilyen rendszerek leírásakor
használja az anyag fázisának tágabb fogalmát. Például szén szilárd anyagban
az aggregált állapot két különböző fázisú lehet - gyémánt és grafit. fázis
a rendszer minden részének összességének nevezzük, amely külső hiányában
hatás fizikailag homogén. Ha egy adott anyagnak több fázisa
hőmérséklet és nyomás érintkezik egymással, ugyanakkor az egyik tömege
fázis nem növekszik a másik csökkenése miatt, akkor az egyik fázisegyensúlyról beszél.
Fázisátalakulási hő.
Fázisátalakulási hő- az anyagnak az egyik fázisból a másikba való egyensúlyi izobár-izoterm átmenete során (első fajtájú fázisátmenet - forrás, olvadás, kristályosodás, polimorf átalakulás) során az anyagnak átadandó (vagy onnan eltávolítandó) hőmennyiség, stb.).
A második típusú fázisátalakulások esetén a fázisátalakulás hője nulla.
Az egyensúlyi fázisátalakulás adott nyomáson állandó hőmérsékleten – a fázisátalakulási hőmérsékleten – megy végbe. A fázisátalakulás hője megegyezik a fázisátalakulási hőmérséklet és a két fázis entrópiakülönbségének szorzatával, amelyek között az átmenet megtörténik.
Fázis egyensúly.
Molekulák termikus mozgása.
A legmeggyőzőbb tény a molekulák Brown-mozgása. A molekulák Brown-mozgása megerősíti a hőmozgás kaotikus természetét és e mozgás intenzitásának a hőmérséklettől való függését. A kis szilárd részecskék véletlenszerű mozgását először R. Brown angol botanikus figyelte meg 1827-ben, a vízben szuszpendált szilárd részecskéket - a klubmoha spóráit - vizsgálva. Hívja fel a tanulók figyelmét arra, hogy a viták mozgása egyenes vonalak mentén történik, amelyek szaggatott vonalat alkotnak. Azóta a részecskék folyadékban vagy gázban történő mozgását Brown-nak nevezik. Végezzen egy standard demonstrációs kísérletet "Brown-mozgás megfigyelése" egy kerek dobozban két pohárral.
Egy folyadék vagy gáz hőmérsékletének megváltoztatásával, például növelésével, növelhetjük a Brown-mozgás intenzitását. A Brown-részecske molekuláris hatások hatására mozog. A részecske Brown-mozgásának az a magyarázata, hogy a folyadék- vagy gázmolekulák részecskékre gyakorolt hatásai nem szüntetik meg egymást. A Brown-mozgás kvantitatív elméletét Albert Einstein dolgozta ki 1905-ben. Einstein kimutatta, hogy a Brown-részecske elmozdulásának átlagos négyzete arányos a közeg hőmérsékletével, függ a részecske alakjától és méretétől, és egyenesen arányos a megfigyelési idővel. J. Perrin francia fizikus egy sor kísérletet végzett, amelyek kvantitatívan megerősítették a Brown-mozgás elméletét.
Az érfalat érő ütközések számának kiszámítása. Tekintsünk egy ideális egyatomos gázt egyensúlyban egy V térfogatú edényben. Válasszunk ki olyan molekulákat, amelyek sebessége v és v + dv között van. Ekkor az és szögek irányában ezekkel a sebességekkel mozgó molekulák száma egyenlő lesz:
dN v,, = dN v d/4. (14,8)
Válasszunk ki egy dP területű elemi felületet, amelyet az érfal részének tekintünk. Egy időegység erejéig ezt a területet egy dП alappal és v cos magasságú ferde hengerbe zárt molekulák érik el (lásd 14.3. ábra). A kiválasztott felület általunk választott molekulák metszéspontjainak száma (a falat érő ütközések száma) egységnyi idő alatt d v,, egyenlő lesz a molekulák koncentrációjának és ennek a ferde térfogatnak a szorzatával. henger:
d v,, = dП v cos dN v,, /V, (14.9)
ahol V a gázt tartalmazó edény térfogata.
Integrálva a (14.9) kifejezést a 2 térszögen belüli szögek fölé, ami megfelel a és szögek változásának a 0-tól /2-ig, illetve a 0-tól 2-ig terjedő tartományban, képletet kapunk a v és v + dv sebességű molekulák falnak ütközésének teljes számának kiszámítása.
A kifejezést minden sebességre integrálva azt kapjuk, hogy a molekulák dP területű falra való becsapódásainak száma egységnyi idő alatt egyenlő lesz:
. (14.11)
Adott a meghatározás átlagsebesség azt kapjuk, hogy a molekulák egységnyi területű falra való becsapódásainak száma egységnyi idő alatt egyenlő lesz:
= N/V
A Boltzmann-eloszlás, azaz a részecskék külső potenciálmezőben való eloszlása felhasználható a használt állandók meghatározására. molekuláris fizika. Az egyik legfontosabb és leghíresebb kísérlet ezen a területen Perrin munkája Avogadro számával kapcsolatban. Mivel a gázmolekulák még mikroszkóppal sem láthatók, sokkal nagyobb Brown-részecskéket használtak a kísérletben. Ezeket a részecskéket olyan oldatba helyezték, amelyben felhajtóerő hatott rájuk. Ebben az esetben a Brown-részecskékre ható gravitációs erő csökkent, így a részecskék magassági eloszlása megnyúlni látszott. Ez lehetővé tette ennek az eloszlásának mikroszkóp alatti megfigyelését.
Az egyik nehézséget pontosan azonos méretű és alakú lebegő részecskék előállítása jelentette. Perrin gumi- és masztixrészecskéket használt. Gumigut vízbe dörzsölése. A Perrin élénksárga emulziót kapott, amelyben mikroszkóp alatt megfigyelve sok gömb alakú granulátumot lehetett megkülönböztetni. A Perrin mechanikus őrlés helyett alkohollal kezelte a gumit vagy a masztixet, ami ezeket az anyagokat feloldotta. Ha egy ilyen oldatot nagy mennyiségű vízzel hígítottunk, ugyanazokból a gömb alakú szemcsékből emulziót kaptunk, mint a gumi mechanikai őrlésekor. A pontosan azonos méretű szemcsék kiválasztásához Perrin vízben szuszpendált részecskéket ismételt centrifugálásnak vetett alá, és így nagyon homogén emulziót kapott, amely mikrométeres sugarú gömb alakú részecskékből állt. Perrin 1 kg gumigut feldolgozását követően néhány hónap múlva kapott egy több decigramm kívánt méretű szemcsét tartalmazó frakciót. Ezzel a frakcióval végeztük el az itt leírt kísérleteket.
Az emulzió tanulmányozása során elhanyagolható magasságkülönbségek mellett kellett méréseket végezni - csak néhány századmilliméteres. Ezért mikroszkóppal vizsgálták a részecskék magassági eloszlását. A mikroszkóp tárgylemezére (az ábrán látható) egy nagyon vékony, széles lyukkal fúrt üveget ragasztottak. Ily módon egy lapos fürdőt (Zeiss (1816-1886) küvetta) kaptunk, amelynek magassága körülbelül 100 µm (0,1 mm). A fürdő közepére egy csepp emulziót helyeztek, amelyet fedőlemezzel azonnal lelapítottak. A párolgás elkerülése érdekében a fedőlemez széleit paraffinnal vagy lakkal vontuk be. Ezután a gyógyszer több napig vagy akár hétig is megfigyelhető volt. A készítményt egy mikroszkóp tárgyasztalára helyeztük, amelyet gondosan vízszintes helyzetbe állítottunk. A lencse nagyon nagy nagyítású volt, alacsony fókuszmélységgel, így egyszerre csak egy nagyon vékony, vízszintes rétegben lévő, mikrométeres nagyságrendű részecskék voltak láthatók. A részecskék intenzív Brown-mozgást végeztek. Azáltal, hogy a mikroszkópot egy adott vízszintes réteg emulzió, meg lehetett számolni a részecskék számát ebben a rétegben. Ezután a mikroszkópot egy másik rétegre fókuszáltuk, és ismét megszámoltuk a látható Brown-részecskék számát. Ily módon meg lehetett határozni a Brown-részecskék koncentrációinak arányát különböző magasságokban. A magasságkülönbséget a mikroszkóp mikrométeres csavarjával mértük.
Most térjünk át a konkrét számításokra. Mivel a Brown-részecskék a gravitáció és az Archimedes területén vannak, egy ilyen részecske potenciális energiája
Ebben a képletben p a gumi sűrűsége, p a folyadék sűrűsége, V a gumirészecske térfogata. A potenciális energia referenciapontját a cella alján, azaz h = 0-nál választjuk. Ilyen mezőre a Boltzmann-eloszlást a következő formában írjuk fel.
n(h) = n0e kT = n0e kT . Emlékezzünk vissza, hogy n az egységnyi térfogatra jutó részecskék száma h magasságban, n0 pedig az egységnyi térfogatra jutó részecskék száma h = 0 magasságban.
A mikroszkópon keresztül h magasságban látható AN golyók száma egyenlő n(h)SAh-val, ahol S az emulzió látható részének területe, Ah pedig a mikroszkóp mélységélessége (Perrin kísérletében , ez az érték 1 μm volt). Ezután felírjuk a részecskék számának arányát két h1 és h2 magasságban a következőképpen:
AN1 = ((p-p")Vg(h2_h1) - exp
Az egyenlet mindkét oldalának logaritmusát kiszámítva és egyszerű számításokat végezve megkapjuk a Boltzmann-állandó értékét, majd az Avogadro-számot:
k(p_p")Vg(h2_h1)
Amikor bent dolgozik különféle feltételekés különféle emulziókkal a Perrin az Avogadro állandó értékeit 6,5 1023 és 7,2 1023 mol-1 között érte el. Ez volt az egyik közvetlen bizonyítéka a molekuláris-kinetikai elméletnek, amelynek érvényességében akkoriban még nem hitt minden tudós.
Molekulák átlagos energiája.
Téma: Az intermolekuláris kölcsönhatás erői. Összesített
halmazállapot. A molekulák hőmozgásának természete szilárd testben,
folyékony és gáznemű testek és változása a hőmérséklet emelkedésével.
Hőtágulás tel. Fázisátmenetek. Hőfázis
átmenetek. Fázis egyensúly.
Az intermolekuláris kölcsönhatás elektromos jellegű. Közöttük
vonzási és taszító erők hatnak, amelyek növekedésével gyorsan csökkennek
a molekulák közötti távolságok.
A taszító erők csak nagyon kis távolságokon hatnak.
A gyakorlatban egy anyag viselkedését és aggregációs állapotát az határozza meg, hogy mi a domináns: vonzóerők vagy kaotikus hőmozgás.
A szilárd anyagokat a kölcsönhatási erők uralják, így megtartják alakjukat. A kölcsönhatási erők a molekulák alakjától és szerkezetétől függenek, így nincs egyetlen törvény a kiszámításukra.
Ha azonban elképzeljük, hogy a molekulák gömb alakúak, általános jelleg a kölcsönhatási erők függését az –r molekulák közötti távolságtól az 1-a ábra mutatja. Az 1-b ábra a molekulák kölcsönhatásának potenciális energiájának függését mutatja a köztük lévő távolságtól. Bizonyos r0 távolságon (különböző anyagoknál eltérő) Fattract.= Fretract. A potenciális energia minimális, rr0-nál a taszító erők vannak túlsúlyban, rr0-nál pedig fordítva.
Az 1-c ábra a molekulák kinetikus energiájának potenciális energiává történő átalakulását mutatja hőmozgásuk (például rezgések) során. Minden ábrán a koordináták origója az egyik molekula középpontjához igazodik. Egy másik molekulához közeledve kinetikus energiája potenciális energiává alakul, és r=d távolságban éri el maximális értékét. d-t a molekulák effektív átmérőjének nevezzük (az a minimális távolság, amelyet két molekula középpontja megközelít.
Nyilvánvaló, hogy az effektív átmérő többek között a hőmérséklettől is függ, hiszen magasabb hőmérsékleten a molekulák közelebb kerülhetnek egymáshoz.
Alacsony hőmérsékleten, amikor a molekulák kinetikus energiája kicsi, közel vonzzák őket, és egy bizonyos sorrendben letelepednek - az aggregáció szilárd állapotában.
A szilárd testekben a hőmozgás főként oszcilláló. Magas hőmérsékleten az intenzív hőmozgás megakadályozza, hogy a molekulák közeledjenek egymáshoz - a gáz halmazállapotú, a molekulák mozgása transzlációs és forgó jellegű .. A gázokban a térfogat kevesebb, mint 1%-a esik maguknak a molekuláknak a térfogatára. Közepes hőmérsékleten a molekulák folyamatosan mozognak a térben, helyet cserélnek, de a köztük lévő távolság nem sokkal nagyobb, mint a d - folyadék. A folyadékban a molekulák mozgásának természete oszcilláló és transzlációs (abban a pillanatban, amikor új egyensúlyi helyzetbe ugranak).
A molekulák hőmozgása magyarázza a testek hőtágulásának jelenségét. Melegítéskor megnő a molekulák rezgésmozgásának amplitúdója, ami a testek méretének növekedéséhez vezet.
A merev test lineáris tágulását a következő képlet írja le:
l l 0 (1 t), ahol a lineáris tágulási együttható 10-5 K-1. A testek térfogati tágulása hasonló képlettel írható le: V V0 (1 t), a térfogattágulási együttható, és =3.
Az anyag lehet szilárd, folyékony, gáz halmazállapotú. Ezeket az állapotokat aggregált anyagállapotoknak nevezzük. Az anyag egyik állapotból a másikba változhat. Egy anyag átalakulásának jellemző sajátossága a stabil inhomogén rendszerek létezésének lehetősége, amikor egy anyag egyszerre több aggregált állapotban lehet.
Az ilyen rendszerek leírásakor az anyag fázisának tágabb fogalmát használjuk. Például a szilárd halmazállapotú szén két különböző fázisban lehet - gyémánt és grafit. A fázis a rendszer valamennyi részének összessége, amely külső hatás hiányában fizikailag homogén. Ha egy anyagnak egy adott hőmérsékleten és nyomáson több fázisa érintkezik egymással, és ugyanakkor az egyik fázis tömege nem növekszik a másik csökkenése miatt, akkor fázisegyensúlyról beszélünk.
Egy anyag egyik fázisból a másikba való átmenetét fázisátmenetnek nevezzük. A fázisátalakulás során egy anyag tulajdonságaiban hirtelen (szűk hőmérsékleti tartományban előforduló) minőségi változás következik be. Ezeket az átmeneteket az energia, a sűrűség és más paraméterek hirtelen megváltozása kíséri. Vannak első és másodrendű fázisátmenetek. Az első típusú fázisátalakulások közé tartozik az olvadás, a megszilárdulás (kristályosodás), a párolgás, a kondenzáció és a szublimáció (párolgás a szilárd test felületéről). Az ilyen fázisátmenetek mindig a hő felszabadulásával vagy elnyelésével járnak, ún látens hő fázisátmenet.
A második típusú fázisátalakulások során nincs hirtelen energia- és sűrűségváltozás. A fázisátalakulási hő is egyenlő 0-val. Az ilyen átmenetek során bekövetkező átalakulások a változás következtében azonnal a teljes térfogatban bekövetkeznek kristályrács egy bizonyos hőmérsékleten, amelyet Curie-pontnak neveznek.
Fontolja meg az első típusú átmenetet. Amikor a testet felmelegítjük, amint megjegyeztük, a test hőtágulása következik be, és ennek következtében csökken a részecskekölcsönhatás potenciális energiája. Olyan helyzet áll elő, amikor egy bizonyos hőmérsékleten a potenciális és a kinetikus energiák közötti kapcsolat nem tudja biztosítani a régi fázisállapot egyensúlyát, és az anyag új fázisba lép át.
Az olvadás a kristályos állapotból a folyékony állapotba való átmenet. Q=m, fajlagos hő olvadás, megmutatja, hogy mennyi hő szükséges 1 kg átadásához szilárd olvadáspontján folyadékba, J/kg-ban mérve. A kristályosítás során a felszabaduló hőmennyiséget ugyanezzel a képlettel számítjuk ki. Az olvadás és a kristályosodás egy adott anyag esetében meghatározott hőmérsékleten megy végbe, amelyet olvadáspontnak nevezünk.
Párolgás. A folyadékban lévő molekulákat vonzó erők kötik meg, de a leggyorsabb molekulák közül néhány képes elhagyni a folyadék térfogatát. Ebben az esetben a megmaradó molekulák átlagos kinetikus energiája csökken, és a folyadék lehűl. A párolgás fenntartásához hőszolgáltatás szükséges: Q=rm, r a párolgási fajhő, ami azt mutatja meg, hogy mennyi hőt kell elkölteni ahhoz, hogy 1 kg folyadék állandó hőmérsékleten gáz halmazállapotúvá kerüljön.
Mértékegysége: J/kg. A kondenzáció során hő szabadul fel.
Az üzemanyag fűtőértékét a következő képlettel számítjuk ki: Q=qm.
Mechanikai és termikus egyensúlyi körülmények között az inhomogén rendszerek állapotát a nyomás és a hőmérséklet beállítása határozza meg, mivel ezek a paraméterek a rendszer minden részében azonosak. A tapasztalat azt mutatja, hogy amikor két fázis egyensúlyban van, a nyomást és a hőmérsékletet egy függőség köti össze, amely egy fázisegyensúlyi görbe.
A görbén elhelyezkedő pontok egy inhomogén rendszert írnak le, amelyben két fázis van. A régiókban elhelyezkedő pontok homogén halmazállapotokat írnak le.
Ha egy anyag összes fázisegyensúlyának görbéi egy síkra épülnek, akkor azt külön régiókra osztják, és maguk is konvergálnak egy pontban, amit hármaspontnak nevezünk. Ez a pont írja le az anyag állapotát, amelyben mindhárom fázis együtt létezhet. A 2. ábrán a víz állapotát ábrázoló diagramok láthatók.
Olvassa el még:
|
A molekulák egyik legfontosabb jellemzője a kölcsönhatás minimális potenciális energiája.A molekulák között ható vonzó erők hajlamosak egy anyagot kondenzálni, azaz közelebb hozzák a molekuláit. r 0, ha a potenciális kölcsönhatási energiájuk minimális és egyenlő, de ezt a megközelítést akadályozza a molekulák kaotikus hőmozgása. Ennek a mozgásnak az intenzitását a molekula átlagos kinetikus energiája határozza meg, amely kT, ahol k a Boltzmann állandó. Összesített állapotok anyagok jelentősen függenek a mennyiségek arányától és kT.
Tegyük fel, hogy a vizsgált molekularendszer hőmérséklete olyan magas, hogy
kT>> Ebben az esetben az intenzív kaotikus hőmozgás megakadályozza, hogy a vonzási erők molekulákat összekapcsoljanak több olyan részecske aggregátumaival, amelyek közel kerültek távolságra r 0: ütközések során a molekulák nagy kinetikus energiája ezeket az aggregátumokat könnyen alkotó molekulákra bontja, így a stabil aggregátumok kialakulásának valószínűsége tetszőlegesen kicsi lesz. Ilyen körülmények között a kérdéses molekulák nyilvánvalóan gáz halmazállapotúak lesznek.
Ha a részecskerendszer hőmérséklete nagyon alacsony, pl. kT << молекулам, действующими силами притяжения, тепловое движение не может помешать приблизиться друг к другу на расстояние близкое к r 0 meghatározott sorrendben. Ebben az esetben a részecskék rendszere szilárd halmazállapotú lesz, és a hőmozgás kis kinetikus energiája bizonyos egyensúlyi helyzetek (kristályrács csomópontok) körül véletlenszerű kis rezgésekre kényszeríti a molekulákat.
Végül a közelítő egyenlőségből meghatározott részecskerendszer hőmérsékletén kT≈ a molekulák hőmozgásának kinetikus energiája, amelynek értéke megközelítőleg megegyezik a potenciális vonzási energiával, nem lesz képes a molekulát lényegesen meghaladó távolságra elmozdítani. r 0 . Ilyen körülmények között az anyag folyékony halmazállapotú lesz.
Így egy anyag a hőmérsékletétől és az alkotó molekulák méretétől függően gáz, szilárd vagy folyékony halmazállapotú lesz.
Normál körülmények között a gázban lévő molekulák közötti távolság több tucatszor nagyobb (lásd az 1.1. példát), mint a méretük; legtöbbször egyenes vonalban mozognak kölcsönhatás nélkül, és csak az idő jóval kisebb részében, amikor közel vannak más molekuláktól, lépnek kölcsönhatásba velük, megváltoztatva mozgásuk irányát. Így gázhalmazállapotban egy molekula mozgása úgy néz ki, mint ahogy vázlatosan a 7. ábrán látható. a.
Szilárd állapotban az anyag minden molekulája (atomja) egyensúlyi helyzetben van (a kristályrács egy csomópontja), amelynek közelében kis rezgéseket kelt, és az irány (pl. aa"ábrán. 7, b), és ezeknek az oszcillációknak az amplitúdója véletlenszerűen változik (például az irányba bb") sokkal hosszabb idő után, mint ezeknek az ingadozásoknak az időtartama; a molekulák rezgési frekvenciái általános esetben nem azonosak. Egy szilárd test egyedi molekulájának rezgéseit általánosságban mutatjuk be az 1. ábrán. 7, b.
A szilárd anyag molekulái olyan szorosan vannak összecsomagolva, hogy a köztük lévő távolság megközelítőleg megegyezik átmérőjükkel, azaz. távolság r 0 az ábrán. 3. Ismeretes, hogy a folyékony halmazállapotú halmazállapotú sűrűség körülbelül 10%-kal kisebb, mint a szilárd halmazállapotú állapot sűrűsége, ha minden más tényező egyenlő. Ezért a folyékony halmazállapotú molekulák közötti távolság valamivel nagyobb r 0 . Tekintettel arra, hogy folyékony halmazállapotban a molekuláknak nagyobb a hőmozgás kinetikus energiája is, arra kell számítani, hogy a szilárd halmazállapottól eltérően, oszcilláló mozgással könnyen megváltoztathatják helyzetüket, és nem haladják meg jelentősen a távolságot. a molekula átmérője. Egy folyékony molekula mozgásának pályája hozzávetőlegesen úgy néz ki, mint ahogy az 1. ábrán sematikusan látható. 7, ban ben. Így egy molekula folyadékban való mozgása egyesíti a transzlációs mozgást, mint a gázban, és az oszcilláló mozgást, amely szilárd testben megfigyelhető.
