4. Молекулярное строение твердых тел

В чем причина столь разного поведения твердых, жидких и газообразных тел? Причина кроется в молекулярном строении вещества, а именно в расположении, движении и взаимодействии молекул, из которого вещество состоит.

Молекулы твердого тела упакованы очень близко друг к другу. Их расположение носит строго повторяющийся характер. Из-за того, что молекулы твердого тела расположены очень близко друг к другу, силы взаимного притяжения и отталкивания между ними очень велики. Именно поэтому изменить форму и объем твердого тела очень трудно. Взаимодействием молекул объясняется и характер их движения. Они не могут перемещаться по всему твердому телу, а лишь колеблются каждая вокруг своего положения равновесия. Молекулы твердого тела колеблются хаотично, пытаясь сдвинуться то в одну, то в другую сторону, но везде рядом с ними расположены точно такие же молекулы. Они отталкивают молекулу к положению ее равновесия.

 

Рис. 6. Расположение молекул твердого тела

5. Кристаллические и аморфные тела

В ходе изучения строения твердых тел с помощью современных мето­дов удалось выяснить,  что молекулы  и атомы  большинства веществ  в  тведом  состоянии  расположены  в  строго  определенном  порядке,  физики  го­ворят:  образуют  кристаллическую  решетку.  Такие  вещества  называются кристаллическими.  Примерами  кристаллических  веществ  могут  быть  ал­маз,  графит  (рис.  7),  лед,  соль  (рис.  8),  металлы и  т.  п.

Порядок расположения атомов в кристаллической  решетке вещества оп­ределяет  его физические свойства.  Так,  например,  алмаз  и  графит  состоят из  одних  и  тех  же  атомов —  атомов  углерода,  однако  эти  вещества  весьма отличаются  друг  от  друга,  так  как  атомы  в  них  расположены  по-разному (см.  рис.  7).

Рис. 7.  Модели кристаллических решеток: о —  алмаза, 6 —  графита. Шариками изображены центры атомов; линий, соединяющих атомы, на самом деле не существует, они проведены только для того, чтобы пояснить характер пространственного расположения атомов

Рис. 8. Модели кристаллических решеток: а - льда б - поваренной соли (маленькие шарики - атомы Натрия, большие - атомы Хлора)

Рис. 9.  В жидком состоянии вещество сохраняет объем, но приобретает форму сосуда, в котором находится

Рис. 10. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу. В небольшом объеме жидкости наблюдается взаимная ориентация соседних молекул  (существует ближний порядок). В целом же молекулы жидкости расположены хаотически

Существует группа твердых веществ  (стекло,  воск,  смола,  янтарь и т. п.), молекулы  (атомы) которых не образуют кристаллической решетки и в це­лом расположенные беспорядочно.  Такие вещества называют аморфными.

При определенных условиях твердые тела плавятся, т. е. переходят в жид­кое состояние. Кристаллические вещества плавятся при определенной температуре.  Например,  лед  обычно  переходит  в  жидкое  состояние,  если  тем­пература равна О °С, нафталин —  если достигает 80 °С, ртуть —  если падает до -39 °С.  В отличие от кристаллических,  аморфные вещества  не имеют oпределенной температуры плавления. В случае увеличения температуры они переходят в жидкое состояние постепенно  (таяние восковой свечи).