Buklet dengan topik budaya musik tanah air. Presentasi "budaya musik tanah air"

Struktur gas, cairan dan padatan.

Prinsip dasar teori kinetik molekuler:

Semua zat terdiri dari molekul, dan molekul terdiri dari atom,

atom dan molekul berada dalam gerakan konstan,

Ada gaya tarik menarik dan tolak menolak antar molekul.

DI DALAM gas molekul bergerak secara kacau, jarak antar molekul besar, gaya molekul kecil, gas menempati seluruh volume yang diberikan padanya.

DI DALAM cairan molekul tersusun secara teratur hanya pada jarak pendek, dan pada jarak yang jauh urutan (simetri) susunannya dilanggar - “urutan jarak pendek”. Kekuatan tarik-menarik molekul menjaga molekul-molekul tetap berdekatan. Pergerakan molekul bersifat “melompat” dari satu posisi stabil ke posisi stabil lainnya (biasanya dalam satu lapisan. Pergerakan ini menjelaskan sifat fluiditas suatu zat cair. Zat cair tidak mempunyai bentuk, tetapi mempunyai volume.

Padatan adalah zat yang mempertahankan bentuknya, terbagi menjadi kristal dan amorf. Padatan kristal benda memiliki kisi kristal, di simpulnya mungkin terdapat ion, molekul, atau atom. Mereka berosilasi relatif terhadap posisi kesetimbangan stabil.. Kisi kristal memiliki struktur teratur di seluruh volume - susunan "urutan jangka panjang".

Tubuh amorf mempertahankan bentuknya, tetapi tidak memiliki kisi kristal dan, akibatnya, tidak memiliki titik leleh yang jelas. Mereka disebut cairan beku, karena mereka, seperti cairan, memiliki susunan molekul “jangka pendek”.

Kekuatan interaksi molekul

Semua molekul suatu zat berinteraksi satu sama lain melalui gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Bukti interaksi molekul: fenomena pembasahan, ketahanan terhadap kompresi dan tegangan, rendahnya kompresibilitas padatan dan gas, dll. Penyebab interaksi molekul adalah interaksi elektromagnetik partikel bermuatan dalam suatu zat. Bagaimana menjelaskan hal ini? Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron bermuatan negatif. Muatan inti sama dengan muatan total seluruh elektron, sehingga atom secara keseluruhan netral secara listrik. Sebuah molekul yang terdiri dari satu atau lebih atom juga netral secara listrik. Mari kita perhatikan interaksi antar molekul menggunakan contoh dua molekul diam. Gaya gravitasi dan elektromagnetik dapat terjadi antar benda di alam. Karena massa molekul sangat kecil, gaya interaksi gravitasi antar molekul yang dapat diabaikan dapat diabaikan. Pada jarak yang sangat jauh juga tidak terjadi interaksi elektromagnetik antar molekul. Namun, dengan berkurangnya jarak antar molekul, molekul mulai mengorientasikan dirinya sedemikian rupa sehingga sisi-sisinya yang saling berhadapan akan memiliki muatan dengan tanda yang berbeda (secara umum, molekul tetap netral), dan timbul gaya tarik menarik antar molekul. Dengan semakin berkurangnya jarak antar molekul, gaya tolak menolak muncul sebagai akibat interaksi kulit elektron bermuatan negatif dari atom-atom molekul. Akibatnya, molekul tersebut dikenai gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Pada jarak yang jauh, gaya tarik-menarik mendominasi (pada jarak 2-3 diameter molekul, gaya tarik-menarik maksimum), pada jarak pendek gaya tolak-menolak mendominasi. Terdapat jarak antar molekul dimana gaya tarik menarik sama dengan gaya tolak menolak. Posisi molekul ini disebut posisi kesetimbangan stabil. Molekul-molekul yang terletak berjauhan satu sama lain dan dihubungkan oleh gaya elektromagnetik memiliki energi potensial. Dalam posisi kesetimbangan stabil, energi potensial molekul adalah minimal. Dalam suatu zat, setiap molekul berinteraksi secara bersamaan dengan banyak molekul tetangganya, yang juga mempengaruhi nilai energi potensial minimum molekul tersebut. Selain itu, semua molekul suatu zat terus bergerak, mis. mempunyai energi kinetik. Dengan demikian, struktur suatu zat dan sifat-sifatnya (benda padat, cair, dan gas) ditentukan oleh hubungan antara energi potensial minimum interaksi molekul dan cadangan energi kinetik gerak termal molekul.

Struktur dan sifat benda padat, cair dan gas

Struktur benda dijelaskan oleh interaksi partikel benda dan sifat pergerakan termalnya.

Padat

Padatan memiliki bentuk dan volume yang konstan dan praktis tidak dapat dimampatkan. Energi potensial minimum interaksi molekul lebih besar daripada energi kinetik molekul. Interaksi partikel yang kuat. Gerakan termal molekul dalam zat padat hanya dinyatakan dengan getaran partikel (atom, molekul) di sekitar posisi kesetimbangan stabil.

Karena besarnya gaya tarik menarik, molekul praktis tidak dapat mengubah posisinya dalam materi, hal ini menjelaskan kekekalan volume dan bentuk padatan. Kebanyakan padatan memiliki susunan partikel yang tertata secara spasial yang membentuk kisi kristal teratur. Partikel materi (atom, molekul, ion) terletak di simpul – simpul kisi kristal. Node-node kisi kristal bertepatan dengan posisi keseimbangan stabil partikel. Padatan seperti itu disebut kristal.

Cairan

Zat cair mempunyai volume tertentu, tetapi tidak mempunyai bentuk sendiri, melainkan mengikuti bentuk wadah di mana ia berada. Energi potensial minimum interaksi antar molekul sebanding dengan energi kinetik molekul. Interaksi partikel yang lemah. Gerak termal molekul-molekul dalam cairan dinyatakan dengan getaran di sekitar posisi kesetimbangan stabil dalam volume yang diberikan oleh tetangganya kepada molekul. Molekul tidak dapat bergerak bebas di seluruh volume suatu zat, tetapi transisi molekul ke tempat yang berdekatan dimungkinkan. Hal ini menjelaskan fluiditas cairan dan kemampuan untuk mengubah bentuknya.

Dalam cairan, molekul-molekul terikat erat satu sama lain karena gaya tarik-menarik, yang menjelaskan kekekalan volume cairan. Dalam zat cair, jarak antar molekul kira-kira sama dengan diameter molekul. Ketika jarak antar molekul berkurang (kompresi cairan), gaya tolak menolak meningkat tajam, sehingga cairan tidak dapat dimampatkan. Berdasarkan struktur dan sifat pergerakan termalnya, zat cair menempati posisi perantara antara zat padat dan gas. Meskipun perbedaan antara zat cair dan gas jauh lebih besar dibandingkan antara zat cair dan zat padat. Misalnya, selama peleburan atau kristalisasi, volume suatu benda berubah jauh lebih sedikit dibandingkan selama penguapan atau kondensasi.

Gas tidak memiliki volume yang konstan dan menempati seluruh volume wadah tempatnya berada. Energi potensial minimum interaksi antar molekul lebih kecil dari energi kinetik molekul. Partikel materi praktis tidak berinteraksi. Gas dicirikan oleh ketidakteraturan total dalam susunan dan pergerakan molekul.

Jarak antar molekul gas jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya. Gaya tarik-menarik yang kecil tidak dapat membuat molekul-molekul tetap berdekatan satu sama lain, sehingga gas dapat memuai tanpa batas. Gas mudah dikompresi di bawah pengaruh tekanan eksternal, karena jarak antar molekul besar, dan gaya interaksi dapat diabaikan. Tekanan gas pada dinding wadah disebabkan oleh pengaruh molekul gas yang bergerak.

Teori kinetik molekul memungkinkan untuk memahami mengapa suatu zat bisa ada
dalam bentuk gas, cair dan padat.
Jika kita mencoba membayangkan secara umum struktur gas, zat cair, dan zat padat, kita dapat menggambar gambar berikut.
Gas
Dalam gas, jarak antar atom atau molekul rata-rata jauh lebih besar daripada ukuran molekul itu sendiri (Gbr. 2.17). Pada tekanan atmosfer, volume bejana puluhan ribu kali lebih besar daripada volume molekul gas di dalam bejana.
Gas mudah dikompresi, karena ketika gas dikompresi, hanya jarak rata-rata antar molekul yang berkurang, tetapi molekul-molekul tersebut tidak “saling menekan” (Gbr. 2.18). Molekul (atau atom) sama cepatnya dengan pelari cepat, namun mereka melesat melintasi ruang angkasa jauh lebih cepat. Saling bertabrakan, mereka terus-menerus mengubah arah gerakannya dan terbang terpisah ke arah yang berbeda.
Gaya tarik menarik yang lemah dari molekul-molekul gas tidak mampu membuat mereka tetap berdekatan satu sama lain. Oleh karena itu, gas tidak mempertahankan bentuk maupun volumenya. Tidak peduli seberapa besar kita memperbesar ukuran wadah yang berisi gas, wadah yang berisi gas akan terisi seluruhnya tanpa usaha apa pun dari pihak kita.

Banyak dampak molekul pada dinding bejana menciptakan tekanan gas.
Anda dapat memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang keadaan suatu zat yang disebut gas nyata jika Anda mengikuti sifat ketergantungan energi potensial salah satu molekul pada jarak ke tetangga terdekatnya (Gbr. 2.19). Ketika sebuah molekul bergerak, energi potensialnya hampir nol pada sebagian besar jalurnya, karena jarak antar molekul dalam gas, rata-rata, jauh lebih besar daripada ukurannya. Di titik 1 dan 2, tetangga terdekat dari molekul tersebut berada. Molekul ini bergerak pada jarak yang cukup jauh dari tetangga 1 dan pada jarak yang lebih dekat dari tetangga 2.
sekolah
Yo Oh
Beras. 2.19
Energi potensial rata-rata waktu suatu molekul adalah negatif dan sangat kecil. Dalam modulus, secara numerik sama dengan luas gambar yang dibatasi oleh kurva potensial antara titik 1 dan 2 dan sumbu z, dibagi dengan panjang segmen 1-2 (nilai rata-rata energi potensial pada segmen 1-2). Energi rata-rata total harus lebih besar dari nol (garis lurus pada Gambar 2.19), karena pada E 0 hal ini hanya mungkin terjadi jika energi kinetik rata-rata suatu molekul gas lebih besar daripada nilai rata-rata energi potensialnya.
Ek > \Ep\, (2.6.1) karena E = Ek + Er, dan Er Cairan
Molekul cair letaknya hampir berdekatan satu sama lain (Gbr. 2.20), sehingga setiap molekul berperilaku berbeda dibandingkan molekul gas. Dijepit, seperti dalam sangkar, oleh molekul lain, ia “berjalan di tempatnya” (berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan, bertabrakan dengan molekul tetangga). Hanya dari waktu ke waktu dia melakukan “lompatan”, menerobos “jeruji kandang”, namun segera menemukan dirinya berada di “kandang” baru yang dibentuk oleh tetangga baru. Waktu menetap suatu molekul air, yaitu waktu osilasi di sekitar satu posisi kesetimbangan tertentu, pada suhu kamar, seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan yang dilakukan dengan menggunakan hukum mekanika statistik, rata-rata adalah 10-11 detik. Waktu yang diperlukan untuk terjadinya satu osilasi jauh lebih singkat (10~12-10~13 detik). Dengan meningkatnya suhu, waktu tinggal molekul berkurang. Sifat gerak molekul dalam cairan, pertama kali ditemukan oleh fisikawan Soviet Ya.I.Frenkel, memungkinkan kita memahami sifat dasar cairan.
Molekul cair terletak tepat bersebelahan. Oleh karena itu, ketika Anda mencoba mengubah volume cairan meskipun sedikit, deformasi molekul itu sendiri dimulai (Gbr. 2.21). Hal ini memerlukan kekuatan yang sangat besar. Ini menjelaskan rendahnya kompresibilitas cairan. Memahami alasan rendahnya kompresibilitas suatu cairan tidak lebih sulit daripada memahami mengapa begitu sulit untuk masuk ke dalam bus yang penuh sesak.
Zat cair diketahui bersifat cair, artinya tidak dapat mempertahankan bentuknya. Hal ini dapat dijelaskan seperti ini. Jika zat cair dalam keadaan diam, maka lompatan molekul dari satu posisi “menetap” ke posisi lain terjadi dengan frekuensi yang sama ke segala arah.
1
>1
Frenkel Yakov Ilyich (1894-1952) - seorang fisikawan teoretis Soviet terkemuka yang memberikan kontribusi signifikan pada berbagai bidang fisika. Ya.I.Frenkel adalah penulis teori modern tentang wujud zat cair. Dia meletakkan dasar-dasar teori feromagnetisme. Karya-karya Ya.I.Frenkel tentang listrik atmosfer dan asal usul medan magnet bumi sudah dikenal luas. Teori kuantitatif pertama tentang fisi inti uranium diciptakan oleh Ya.I.Frenkel. Beras. 2.21
Beras. 2.22
Beras. 2.20 lubang (lihat Gambar 2.20). Kehadiran gaya eksternal tidak secara nyata mengubah jumlah lompatan molekul per detik, namun lompatan molekul dari satu posisi “menetap” ke posisi lain terjadi terutama dalam arah gaya eksternal (Gbr. 2.22). Inilah sebabnya mengapa cairan mengalir dan berbentuk wadah.
Agar zat cair dapat mengalir, durasi gaya hanya perlu berkali-kali lebih besar daripada waktu “hidup menetap” molekul, jika tidak, gaya jangka pendek hanya akan menyebabkan deformasi elastis pada cairan, dan penurunan biasa. air akan berperilaku seperti bola baja.
Sekarang mari kita lihat bagaimana energi kinetik rata-rata dan energi potensial rata-rata dari suatu molekul cair saling berhubungan. Setiap molekul cairan berinteraksi dengan beberapa tetangganya sekaligus. Mari kita batasi diri kita dengan memperhitungkan interaksi molekul tertentu dengan dua tetangga terdekatnya yang terletak kira-kira pada jarak 2r0 satu sama lain.
Kurva potensial yang diinginkan dapat diperoleh dengan melapiskan kurva yang ditunjukkan pada Gambar 2.15a (interaksi berpasangan) pada kurva yang sama, bergeser relatif terhadap kurva pertama dengan jarak sedikit lebih besar dari 2r0. Energi potensial bertambah, sehingga kedalaman sumur potensial hampir dua kali lipat, dan energi maksimum berkurang (Gbr. 2.23). Jalannya kurva potensial, dengan mempertimbangkan interaksi dengan molekul lain, ditunjukkan pada Gambar 2.24.
Agar suatu molekul tidak dapat keluar dari cairan maka energi rata-ratanya harus negatif (E dalam hal ini molekul akan tetap berada di dalam sumur potensial yang dibentuk oleh tetangganya. Jika E > 0 maka molekul tidak akan tinggal di dalam cairan. cair dan akan meninggalkannya.
Karena E = Ec + Er, dan Er Ek Maka |.E| |-Ero| - nilai energi potensial maksimum (modulo). Pada Gambar 2.24, grafik energi rata-rata suatu molekul digambarkan sebagai segmen garis lurus.
Getaran suatu molekul dalam sumur potensial tidak berlangsung lama. Karena pergerakan molekul yang acak, energinya terus berubah dan menjadi lebih besar atau lebih kecil dari energi rata-rata E. Segera setelah energi molekul melebihi ketinggian kurva potensial (ketinggian penghalang potensial) yang memisahkan satu sumur dari sumur lainnya, molekul akan berpindah dari satu posisi kesetimbangan ke posisi kesetimbangan lainnya.
Padat
Atom atau molekul padatan, tidak seperti cairan, tidak dapat memutuskan ikatannya dengan tetangga terdekatnya dan berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan tertentu. Benar, terkadang molekul mengubah posisi kesetimbangannya, tetapi hal ini sangat jarang terjadi. Inilah sebabnya mengapa benda padat tidak hanya mempertahankan volumenya, tetapi juga bentuknya.
Ada perbedaan lain antara zat cair dan padat. Cairan dapat diumpamakan dengan kerumunan di mana orang-orang dengan gelisah berdesakan di tempat, dan benda padat, pada umumnya, seperti kelompok yang ramping, di mana orang-orang, meskipun mereka tidak berdiri tegak, rata-rata menjaga jarak tertentu di antara mereka. . Jika Anda menghubungkan pusat posisi kesetimbangan atom atau molekul benda padat, Anda mendapatkan kisi spasial beraturan, yang disebut kisi kristal. Gambar 2.25 dan 2.26 menunjukkan kisi kristal garam meja dan berlian.
Beras. 2.25
Beras. 2.26
Jika kristal tidak dicegah untuk tumbuh, maka tatanan internal dalam susunan atom akan menghasilkan bentuk eksternal yang teratur secara geometris.
Kurva energi potensial interaksi molekul padat dengan tetangga terdekatnya (Gbr. 2.27) serupa dengan kurva energi potensial interaksi molekul cair (lihat Gambar 2.24). Hanya kedalaman sumur potensial yang harus lebih besar, karena molekulnya

Beras. 2.27
terletak lebih dekat satu sama lain. Kondisi |l?| apa yang berlaku untuk benda cair juga berlaku untuk benda padat. Tetapi energi kinetik molekul padat jauh lebih kecil dibandingkan energi kinetik molekul cair. Bagaimanapun, padatan terbentuk saat didinginkan. Oleh karena itu, dalam padatan, energi kinetik rata-rata molekul jauh lebih kecil daripada nilai absolut energi potensial rata-rata:
Misalnya « \ЁР\. (2.6.3)
Pada Gambar 2.27, energi rata-rata suatu molekul di dalam sumur digambarkan dengan segmen garis lurus. Partikel tersebut berosilasi di dasar sumur potensial. Ketinggian penghalang potensial antara sumur-sumur yang berdekatan sangat tinggi, dan molekul-molekul sulit berpindah dari satu posisi kesetimbangan ke posisi kesetimbangan lainnya. Untuk bergerak, sebuah molekul harus menerima energi yang jauh lebih tinggi dari rata-rata. Peristiwa ini tidak mungkin terjadi. Inilah sebabnya mengapa benda padat, tidak seperti cairan, mempertahankan bentuknya.
Dalam gas, energi kinetik rata-rata molekul lebih besar daripada energi potensial rata-rata. Untuk benda cair, energi kinetik rata-ratanya sedikit lebih kecil daripada energi potensial rata-ratanya; untuk benda padat, energi kinetik rata-ratanya jauh lebih kecil daripada energi potensial rata-ratanya.

Dalam kondisi tertentu, semua materi di planet bumi berada dalam salah satu dari tiga wujud: gas, cair, atau padat. Ada juga materi keempat yang disebut plasma. Mari kita perhatikan pertanyaan tentang struktur benda gas, cair dan padat, serta peralihannya dari satu keadaan ke keadaan lain ketika kondisi eksternal berubah.

Keadaan materi yang padat

Benda padat dicirikan oleh kemampuannya menahan gaya eksternal yang bekerja padanya untuk mengubah bentuk dan volumenya. Mempertimbangkan pertanyaan tentang struktur benda gas, cair dan padat serta membahasnya, harus dikatakan bahwa molekul-molekul di dalamnya terikat erat satu sama lain. Oleh karena itu, suatu benda mempunyai bentuk tertentu, yang dipertahankannya dalam kondisi eksternal yang konstan.

Molekul dalam padatan dapat berada dalam keadaan teratur, kemudian disebut sebagai struktur kristal. Atau bisa juga dalam keadaan tidak teratur, maka kita berbicara tentang padatan amorf. Contoh mencolok dari kisi kristal adalah struktur sistem logam, yang di ruang angkasa membentuk kisi ideal dari jenis tertentu, pada titik simpulnya terdapat ion atom. Contoh benda padat berstruktur amorf adalah kaca.

Ilmu Benda Padat

Benda padat dipelajari oleh beberapa ilmu, antara lain sebagai berikut:

• Fisika benda terkondensasi. Dia mempelajari materi padat dan cair yang lebih besar dari 10 19 partikel, menggunakan metode eksperimental dan teoritis.
• Mekanisme deformasi. Ilmu ini mempelajari sifat mekanik benda padat, seperti tegangan di dalamnya, deformasi elastis dan plastis, serta hubungan sifat tersebut dengan parameter luar termodinamika. Dalam disiplin ini, struktur zat padat itu sendiri tidak menjadi masalah.
• Ilmu Material. Dia mempelajari struktur molekul benda padat, cair dan gas, serta transisi fase antara keadaan ini.
• Kimia zat padat. Disiplin ini mengkhususkan diri dalam sintesis material baru dalam keadaan padat.

Beberapa sifat benda padat

Pada tekanan konstan dan suhu yang relatif rendah, zat tersebut berada dalam keadaan padat. Dampak gaya luar yang kecil pada benda padat tidak menyebabkan deformasi benda padat yang terlihat secara eksternal.

Jika Anda meningkatkan gaya, tubuh akan mulai berubah bentuk secara elastis. Dengan peningkatan pengaruh eksternal yang lebih besar, ada dua pilihan yang mungkin:

1. Jika benda tersebut terbuat dari logam, maka ia akan mulai mengalami deformasi plastis, yaitu akan terjadi perubahan signifikan pada bentuknya yang akan tetap ada setelah berhentinya pengaruh luar.
2. Jika suatu benda memiliki struktur amorf atau struktur kristal, tetapi simpul kisi mengandung ion dengan tanda yang berbeda, misalnya kristal NaCl, maka benda tersebut tidak akan berubah bentuk secara plastis, tetapi akan runtuh begitu saja.

Setiap benda padat mempunyai kepadatan tertentu. Zat paling ringan dalam kategori ini adalah aerogel, massa jenisnya 3 kg/m3. Bahan padat terpadat yang diketahui umat manusia adalah logam osmium. Satu meter kubik osmium memiliki massa 22.600 kg.

Bahan logam

Kelompok padatan khusus adalah logam murni dan paduannya. Perbedaan struktur zat padat dan zat cair dan gas dalam hal ini terletak pada adanya kisi periodik spasial, yang disebut kisi kristal.

Karena struktur kristalnya, logam memiliki sejumlah sifat penting, seperti keuletan dan difraksi. Hampir semuanya ada dalam tiga kisi kristal utama:

• kubik berpusat muka, misalnya Au, Ag, Al, Cu;
• kubik berpusat pada benda, misalnya Nb, Mo, W, Fe;
• kemasan rapat heksagonal, misalnya Ti, Zr.

Ilmu kristalografi dikembangkan untuk mempelajari karakteristik kisi kristal.

Keadaan materi yang terkondensasi adalah cair

Bentuk cair, seperti halnya padatan, tidak dapat dimampatkan, yaitu mempertahankan volumenya pada rentang tekanan yang signifikan. Namun, cairan tidak mempertahankan bentuknya, yang membedakannya dari benda padat dan membawanya lebih dekat ke wujud materi gas.

Jika gaya molekul dan atom bekerja dalam pembentukan padatan, maka cairan dibentuk oleh molekul-molekul yang dihubungkan satu sama lain hanya oleh gaya molekul lemah. Yang paling umum di Bumi adalah air, yang, seperti gas, dapat mengikuti bentuk wadah tempatnya ditempatkan.

Jika kita berbicara tentang struktur benda gas, cair dan padat, harus disebutkan bahwa cairan, tidak seperti gas, tidak mengubah kepadatannya ketika ditempatkan dalam bejana tertutup.

Fitur unik untuk cairan

Setiap cairan, karena adanya gaya molekul di dalamnya, memiliki sifat seperti tegangan permukaan dan efek kapiler. Jika suatu zat berada dalam medan gravitasi, misalnya Bumi kita, maka benda apa pun yang ditempatkan di dalamnya akan terdorong keluar dari cairan sesuai dengan hukum Archimedes yang terkenal.

Jika gravitasi tidak bekerja pada zat cair, maka gaya apungnya akan menjadi nol. Selain itu, tanpa adanya gaya luar, zat dalam keadaan ini cenderung memperoleh luas permukaan terkecil, sehingga mengurangi energi total. Oleh karena itu, dalam kondisi tanpa bobot, tetesan air berbentuk bola, karena bola merupakan bangun ruang yang luas permukaannya terkecil untuk volume zat cair tertentu.

Sifat kapiler dijelaskan oleh kemampuan molekul untuk berikatan tidak hanya satu sama lain, tetapi juga dengan atom dan molekul benda lain. Ciri-ciri fisik suatu fluida disebut kohesi dan adhesi.

Berbicara secara singkat tentang struktur benda gas, cair dan padat, kita harus menyebutkan sifat viskositas yang melekat pada keadaan cair dan gas. Viskositas mengacu pada kemampuan untuk menahan perpindahan lapisan suatu zat relatif satu sama lain dengan adanya gradien tekanan. Untuk cairan, indikator ini bergantung pada kecepatan perpindahan lapisan tersebut, suhu dan berat molekul. Semakin tinggi kecepatan gerak suatu benda dalam zat cair maka semakin besar berat molekul partikel zat cair tersebut, dan semakin rendah suhu maka semakin besar pula viskositasnya.

Struktur gas

Gas adalah suatu keadaan materi ketika partikel-partikel penyusunnya tidak terikat oleh gaya apa pun satu sama lain atau gaya-gaya ini sangat lemah. Oleh karena itu, zat-zat tersebut dengan bebas mengubah volume dan bentuk, mengisi seluruh wadah tempat mereka ditempatkan. Perbedaan struktur benda gas dari benda cair dan padat menyebabkan fakta bahwa mereka memiliki kepadatan yang lebih rendah. Dalam kasus air berbentuk gas, biasanya kita berbicara tentang uap.

Dalam gas nyata tidak ada ketidakteraturan mutlak. Namun, molekul-molekul di dalamnya bergerak sangat cepat sehingga praktis tidak berinteraksi satu sama lain. Oleh karena itu, gas benar-benar mengisi volume berapa pun, dan molekul-molekul di dalamnya akan terpisah dengan jarak yang relatif jauh dibandingkan dengan ukuran molekul itu sendiri. Karena jarak antar molekul yang jauh, gas mudah dikompresi, sehingga meningkatkan kepadatan dan tekanan internalnya.

gas ideal

Dalam fisika, berkat penciptaan model struktur benda padat, cair, dan gas, muncul beberapa penyederhanaan yang masuk akal dari keadaan materi yang sebenarnya, yang memungkinkan penggunaan peralatan matematika yang lebih sederhana untuk mempelajari keadaan ini. Salah satu model tersebut adalah konsep gas ideal.

Istilah ini mengacu pada keadaan gas suatu zat di mana molekul-molekulnya memiliki ukuran titik dibandingkan dengan jarak antara mereka, dan di mana mereka tidak berinteraksi satu sama lain.

Dalam kondisi normal, yaitu pada tekanan atmosfer dan suhu ruangan, sebagian besar gas nyata dapat dianggap ideal. Misalnya nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia, karbon dioksida dan lain-lain.

Persamaan keadaan gas ideal adalah sebagai berikut:

P*V=n*R*T, dimana:

P, V, T dan n masing-masing adalah tekanan, volume, suhu dan jumlah zat gas,

R = 8,31 J/(mol*K) - konstanta universal.

Plasma adalah wujud materi keempat

Ketika mempertimbangkan struktur benda gas, cair dan padat di kelas 10, perhatian juga diberikan pada keadaan materi lain - plasma, yaitu gas yang terdiri dari kation dan anion, yaitu partikel bermuatan positif dan negatif. Contoh mencolok dari plasma adalah zat yang menyusun matahari kita.

Dalam beberapa sifat, plasma mirip dengan gas, satu-satunya perbedaan adalah ia mampu merespons medan magnet dan juga menghantarkan arus listrik. Plasma dapat diperoleh dengan memanaskan gas hingga suhu tinggi, karena hal ini menyebabkan tumbukan antar molekul, yang menyebabkan ionisasi sebagian atau seluruhnya.

Perubahan keadaan materi

Dalam fisika kelas 10, struktur benda gas, padat dan cair dipertimbangkan bersama dengan transisi antara keadaan-keadaan ini. Transisi antar wujud zat dimungkinkan karena perubahan tekanan dan suhu. Perubahan hanya terjadi pada struktur fisik benda gas, cair dan padat, sedangkan komposisi kimianya tetap.

Transisi berikut antara wujud materi yang berbeda mungkin terjadi:

• Meleleh. Proses endotermik peralihan wujud padat ke cair.
• Kristalisasi. Suatu proses eksotermik di mana cairan menjadi padat saat didinginkan.
• Mendidih. Suatu proses fisik endotermik di mana cairan berubah menjadi gas.
• Kondensasi. Transisi eksotermik dari gas ke cair.
• Sublimasi atau sublimasi. Transisi endotermik dari padat ke gas, melewati wujud cair. Contoh klasiknya adalah sublimasi es kering.

Perlu dicatat bahwa semua proses transisi fase endotermik dan eksotermik terjadi pada suhu zat yang konstan. Semua proses ini, yang keberadaannya ditentukan oleh ciri-ciri struktural benda gas, cair, dan padat, bersifat energik, yaitu memerlukan suplai atau pembuangan energi selama pelaksanaannya.

Gas Gas (gaseous state) (dari bahasa Belanda gas) adalah keadaan agregasi suatu zat, yang ditandai dengan sangat lemahnya ikatan antar partikel penyusunnya (molekul, atom atau ion), serta mobilitasnya yang tinggi. Partikel gas bergerak hampir bebas dan kacau di sela-sela tumbukan, di mana terjadi perubahan tajam dalam sifat pergerakannya. Keadaan gas suatu zat dalam kondisi yang memungkinkan adanya fase cair atau padat yang stabil dari zat yang sama biasanya disebut uap. Seperti cairan, gas memiliki fluiditas dan tahan terhadap deformasi. Berbeda dengan cairan, gas tidak memiliki volume tetap dan tidak membentuk permukaan bebas, tetapi cenderung mengisi seluruh volume yang tersedia (misalnya bejana).

Keadaan gas adalah keadaan materi yang paling umum di Alam Semesta (materi antarbintang, nebula, bintang, atmosfer planet, dll.). Sifat kimia gas dan campurannya sangat beragam - dari gas inert dengan aktivitas rendah hingga campuran gas yang mudah meledak. Gas terkadang tidak hanya mencakup sistem atom dan molekul, tetapi juga sistem partikel lain - foton, elektron, partikel Brown, serta plasma.

Gas dapat mengembang tanpa batas waktu. Mereka tidak mempertahankan bentuk atau volumenya.Banyaknya tumbukan molekul pada dinding bejana menciptakan tekanan gas.

CAIR Cairan adalah salah satu wujud agregat materi. Sifat utama zat cair, yang membedakannya dari keadaan agregasi lainnya, adalah kemampuannya untuk mengubah bentuknya tanpa batas waktu di bawah pengaruh tekanan mekanis tangensial, bahkan dalam jumlah kecil, sambil mempertahankan volumenya secara praktis.

Cairan adalah benda fisik yang mempunyai dua sifat: Memiliki fluiditas, sehingga tidak berbentuk dan mengambil bentuk wadah di mana ia berada. Ia berubah bentuk dan volumenya sedikit seiring dengan perubahan tekanan dan suhu, yang membuatnya mirip dengan benda padat.

Keadaan cair biasanya dianggap sebagai peralihan antara padatan dan gas: gas tidak mempertahankan volume maupun bentuk, namun padatan mempertahankan keduanya. Bentuk benda cair dapat ditentukan seluruhnya atau sebagian oleh fakta bahwa permukaannya berperilaku seperti membran elastis. Jadi, air bisa terkumpul dalam bentuk tetesan. Namun zat cair mampu mengalir bahkan di bawah permukaan stasionernya, dan ini juga berarti bentuk yang tidak terawetkan (bagian dalam benda cair). Molekul cair tidak mempunyai posisi tertentu, tetapi pada saat yang sama mereka tidak mempunyai kebebasan bergerak sepenuhnya. Ada daya tarik di antara mereka, cukup kuat untuk membuat mereka tetap dekat. Suatu zat dalam wujud cair berada dalam kisaran suhu tertentu, di bawahnya ia berubah menjadi wujud padat (terjadi kristalisasi atau transformasi menjadi wujud padat amorf - kaca), di atasnya ia berubah menjadi wujud gas (terjadi penguapan). Batas interval ini bergantung pada tekanan. Biasanya, suatu zat dalam wujud cair hanya memiliki satu modifikasi. (Pengecualian yang paling penting adalah cairan kuantum dan kristal cair.) Oleh karena itu, dalam banyak kasus, cairan tidak hanya merupakan keadaan agregasi, tetapi juga fase termodinamika (fase cair). Semua cairan biasanya dibagi menjadi cairan murni dan campuran. Beberapa campuran cairan sangat penting bagi kehidupan: darah, air laut, dll. Cairan dapat bertindak sebagai pelarut.

Pembentukan permukaan bebas dan tegangan permukaan Karena kekekalan volume, zat cair mampu membentuk permukaan bebas. Permukaan seperti itu adalah antarmuka antara fase suatu zat tertentu: di satu sisi terdapat fase cair, di sisi lain terdapat fase gas (uap), dan, mungkin, gas lain, misalnya udara. Jika fasa cair dan gas dari zat yang sama bersentuhan, timbul gaya yang cenderung memperkecil luas antarmuka – gaya tegangan permukaan. Antarmuka berperilaku seperti membran elastis yang cenderung berkontraksi. Tegangan permukaan dapat dijelaskan oleh gaya tarik menarik antar molekul zat cair. Setiap molekul menarik molekul lain, berusaha untuk “mengelilingi” dirinya sendiri dengan molekul tersebut, dan karena itu meninggalkan permukaan. Oleh karena itu, permukaannya cenderung mengecil. Oleh karena itu, gelembung sabun cenderung berbentuk bola saat mendidih: untuk volume tertentu, bola memiliki luas permukaan minimum. Jika hanya gaya tegangan permukaan yang bekerja pada zat cair, maka zat tersebut akan berbentuk bola - misalnya, air jatuh dalam keadaan tanpa bobot. Benda-benda kecil dengan massa jenis lebih besar dari massa jenis zat cair dapat “mengambang” di permukaan zat cair, karena gaya gravitasi lebih kecil daripada gaya yang mencegah bertambahnya luas permukaan.

Peralihan zat cair dari satu wujud ke wujud lainnya Penguapan adalah peralihan bertahap suatu zat dari fase cair ke fase gas (uap). Selama pergerakan termal, beberapa molekul meninggalkan cairan melalui permukaannya dan menjadi uap. Pada saat yang sama, beberapa molekul berpindah dari uap ke cairan. Jika lebih banyak molekul yang keluar dari cairan daripada yang masuk, maka terjadi penguapan. Kondensasi adalah proses kebalikannya, peralihan suatu zat dari wujud gas ke wujud cair. Dalam hal ini, lebih banyak molekul yang masuk ke dalam cairan dari uap daripada ke dalam uap dari cairan. Mendidih adalah proses penguapan di dalam cairan. Pada suhu yang cukup tinggi, tekanan uap menjadi lebih tinggi daripada tekanan di dalam cairan, dan gelembung uap mulai terbentuk di sana, yang (dalam kondisi gravitasi) melayang ke atas. Pembasahan adalah fenomena permukaan yang terjadi ketika cairan bersentuhan dengan permukaan padat dengan adanya uap, yaitu pada antarmuka tiga fase. Kelarutan adalah kemampuan cairan untuk larut satu sama lain. Contoh zat cair yang dapat larut: air dan etil alkohol, contoh zat cair yang tidak dapat bercampur: air dan minyak cair.

Padat adalah salah satu dari empat keadaan agregasi materi, berbeda dari keadaan agregasi lainnya (cairan, gas, plasma) dalam hal kestabilan bentuknya dan sifat gerakan termal atom yang melakukan osilasi kecil di sekitar posisi kesetimbangan.

Teori kinetika molekuler memungkinkan untuk memahami mengapa suatu zat dapat berada dalam wujud gas, cair, dan padat.

Gas. Dalam gas, jarak antara atom atau molekul dalam medium jauh lebih besar daripada ukuran molekul itu sendiri (Gbr. 10). Misalnya, pada tekanan atmosfer, volume bejana adalah puluhan

seribu kali lebih besar dari volume molekul gas di dalam bejana.

Gas mudah dikompresi, karena ketika gas dikompresi, hanya jarak rata-rata antar molekul yang berkurang, tetapi molekul-molekul tersebut tidak “saling menekan” (Gbr. 11).

Molekul bergerak dengan kecepatan luar biasa - ratusan meter per detik - di luar angkasa. Ketika bertabrakan, mereka saling memantul ke arah yang berbeda seperti bola bilyar.

Gaya tarik menarik yang lemah dari molekul-molekul gas tidak mampu membuat mereka tetap berdekatan satu sama lain. Oleh karena itu, gas dapat memuai tanpa batas. Mereka tidak mempertahankan bentuk maupun volume.

Banyak dampak molekul pada dinding bejana menciptakan tekanan gas.

Cairan. Dalam cairan, molekul-molekul letaknya hampir berdekatan satu sama lain (Gbr. 12). Oleh karena itu, suatu molekul berperilaku berbeda dalam cairan dibandingkan dalam gas. Dijepit, seperti dalam sangkar, oleh molekul lain, ia “berjalan di tempatnya” (berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan, bertabrakan dengan molekul tetangga). Hanya dari waktu ke waktu dia melakukan “lompatan”, menerobos “jeruji kandang”, namun segera menemukan dirinya berada di “kandang” baru yang dibentuk oleh tetangga baru. Waktu “hidup menetap” suatu molekul air, yaitu waktu osilasi di sekitar satu posisi kesetimbangan tertentu, pada suhu kamar rata-rata adalah s. Waktu satu osilasi jauh lebih sedikit (s). Dengan meningkatnya suhu, waktu “hidup menetap” molekul berkurang. Sifat gerak molekul dalam cairan, pertama kali ditemukan oleh fisikawan Soviet Ya.I.Frenkel, memungkinkan kita memahami sifat dasar cairan.

Molekul-molekul zat cair letaknya bersebelahan, oleh karena itu, ketika Anda mencoba mengubah volume zat cair, meskipun sedikit, molekul-molekul itu sendiri akan mulai berubah bentuk (Gbr. 13). Dan ini memerlukan kekuatan yang sangat besar. Ini menjelaskan rendahnya kompresibilitas cairan

Zat cair diketahui bersifat cair, artinya tidak dapat mempertahankan bentuknya. Hal ini dijelaskan sebagai berikut. Jika cairan tidak mengalir, maka lompatan molekul dari satu posisi “menetap” ke posisi lain terjadi dengan frekuensi yang sama ke segala arah (Gbr. 12). Gaya eksternal tidak secara nyata mengubah jumlah lompatan molekul per detik, namun lompatan molekul dari satu posisi “menetap” ke posisi lain terjadi terutama dalam arah gaya eksternal (Gbr. 14). Inilah sebabnya mengapa cairan mengalir dan berbentuk wadah

Padat. Atom atau molekul padatan, tidak seperti cairan, bergetar di sekitar posisi kesetimbangan tertentu. Benar, terkadang molekul mengubah posisi kesetimbangannya, tetapi hal ini sangat jarang terjadi. Inilah sebabnya mengapa benda padat tidak hanya mempertahankan volumenya, tetapi juga bentuknya.

Ada perbedaan penting lainnya antara cairan dan padat. Suatu zat cair dapat diumpamakan dengan suatu kumpulan, yang anggota-anggotanya saling berdesak-desakan di tempat dengan gelisah, dan benda padat dapat diumpamakan sebagai suatu kelompok yang ramping, yang anggota-anggotanya, meskipun tidak berdiri tegak (karena gerakan termal), tetap berada di tempat yang sama. rata-rata interval tertentu di antara mereka. Jika Anda menghubungkan pusat posisi kesetimbangan atom atau ion suatu benda padat, Anda mendapatkan kisi spasial beraturan, yang disebut kisi kristal. Gambar 15 dan 16 menunjukkan kisi kristal garam meja dan berlian. Tatanan internal dalam susunan atom dalam kristal menghasilkan bentuk luar yang teratur secara geometris. Gambar 17 menunjukkan berlian Yakut.

Penjelasan kualitatif tentang sifat-sifat dasar suatu zat berdasarkan teori kinetik molekuler, seperti yang telah Anda lihat, tidaklah terlalu sulit. Namun, teori yang menetapkan hubungan kuantitatif antara besaran yang diukur secara eksperimental (tekanan, suhu, dll.) dan sifat molekul itu sendiri, jumlah dan kecepatan pergerakannya, sangatlah kompleks. Kami akan membatasi diri pada pertimbangan teori gas.

1. Memberikan bukti adanya gerak termal molekul.

2. Mengapa gerak Brown hanya terlihat pada partikel bermassa rendah?

3. Apa sifat gaya molekul? 4. Bagaimana gaya interaksi antar molekul bergantung pada jarak antar molekul? 5. Mengapa dua batang timah dengan potongan halus dan bersih saling menempel saat ditekan? 6. Apa perbedaan gerak termal molekul gas, cair, dan padat?