Глава 2. Молекулярно-кинетическая теория газов

2.1 ОТЛИЧИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ И ТВЁРДЫХ ТЕЛ. ХАРАКТЕР МОЛЕКУЛЯРНОГО ДВИЖЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ СОСТОЯНИЯХ ВЕЩЕСТВА. АМОРФНЫЕ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ И ТВЁРДЫЕ ТЕЛА

А. Основные положения молекулярно-кинетической теории можно сформулировать в виде трёх положений:

1.Все тела состоят из молекул, разделённых промежутками (рис.2.1 а).

2. Молекулы взаимодействуют друг с другом с силой F_вз, зависящей от расстояния х по закону, представленному графически на рис 2.1 б

Между молекулами действуют и силы притяжения и силы отталкивания. F_вз – равнодействующая этих сил.

Из вида зависимости F_вз (х) видим:

1. При х > х₀ преобладают силы притяжения.

2. При х < х₀ преобладают силы отталкивания.

3. При х >> х_о силы межмолекулярного взаимодействия уменьшаются с увеличением межмолекулярного расстояния и в пределе стремятся к нулю: х   , F_вз  0.

4. При х<х_о силы межмолекулярного расстояния (силы отталкивания) резко возрастают при уменьшении межмолекулярного расстояния:

х 0, F_вз  

5) При х=х_о сила межмолекулярного взаимодействия F_вз = 0, силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания. Это расстояние иногда принимают за размер молекулы (рис.2.1 в).

В конденсированных состояниях: в жидком и твёрдом молекулы колеблются около положений равновесия, когда расстояния между ними х=х_о.

3. Молекулы находятся в состоянии непрерывного (теплового) движения, чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение.

Рис. 2.1. Взаимодействия между молекулами (объяснения в тексте)

а) х – расстояние между центрами молекул

б) 1 –зависимость силы взаимодействия между молекулами Fвз от расстояния между их центами (х)

2 – сила притяжения

3 – сила отталкивания

в) размер молекулы – х₀.

Пользуясь этими основными положениями молекулярно-кинетической теории можно объяснить существование трёх агрегатных состояний вещества: газообразного, жидкого и твёрдого. Этими тремя агрегатными состояниями не ограничивается число агрегатных состояний, в которых может быть вещество. Известно четвёртое состояние вещества – плазменное, ионизированный газ. По-видимому, при особых условиях возможны и другие состояния вещества. Например, - сверхсжатое состояние. В очень сильных гравитационных полях, где-нибудь на гигантских свехтяжёлых планетах. Когда преодолены силы отталкивания молекул и «смяты» электронные оболочки. Образуются кристаллы, в узлах которого не молекулы и атомы, а ядра и нуклоны. Структура кристалла определяется ядерными взаимодействиями.

В таблице 2.1 приведены основные характеристики газообразного, жидкого и твёрдого агрегатных состояний вещества. В примечаниях 1 и 2 даны пояснения к таблице.

Таблица 2.1. Отличия газообразного, жидкого и твёрдого состояния вещества

Агрегатные состояния Свойства	газ	жидкость		твёрдое тело
Собственный Объём	нет	есть		есть
Собственная форма	нет (летучесть)	нет (текучесть) см. приме		есть (упругость) чание 2
Плотность	мала ~1кг/м3	велика ~103кг/м3		велика ~103кг/м3
Среднее расстояние между молекулами	велико х>>хо	мало х =хо		мало х =хо
Межмолекулярное взаимодействие	очень слабое (сильное только при столкновениях)	сильное		сильное
Порядок в расположении молекул	нет (хаос)	амор-фные	кри-стал-личес-кие	амор-фные	кристал-личес-кие
		ближ-ний поря-док см.	даль-ний поря-док при-	ближ-ний поря-док меча-	дальний порядок ние1
Характер движения молекул	Поступатель-ное от столкно-вения до стол- кновения	Колебательное + поступатель-ное (редко)		Колебательное + поступательное (очень редко)

Примечание 1.

Ближний порядок – это порядок в расположении молекул на расстояниях порядка нескольких межмолекулярных.

Дальний порядок – порядок в расположении молекул на расстояниях , много больших межмолекулярных. При дальнем порядке молекулы расположены в узлах кристаллической решётки. Кристаллы анизотропны. Анизотропия – это неодинаковость свойств по разным направлениям (прочности, электропроводности, теплопроводности, скорости распространения света и других). Аморфные тела, тела с ближним порядком расположения молекул изотропны, у них одинаковые свойства по всем направлениям.