Yerli toprakların müzik kültürü konulu kitapçıklar. Sunum "Yerli toprakların müzik kültürü"

Gazların, sıvıların ve katıların yapısı.

Moleküler kinetik teorinin temel prensipleri:

Bütün maddeler moleküllerden, moleküller ise atomlardan oluşur.

Atomlar ve moleküller sürekli hareket halindedir,

Moleküller arasında çekim ve itme kuvvetleri vardır.

İÇİNDE gazlar moleküller düzensiz hareket eder, moleküller arasındaki mesafeler büyüktür, moleküler kuvvetler küçüktür, gaz kendisine sağlanan hacmin tamamını kaplar.

İÇİNDE sıvılar Moleküller yalnızca kısa mesafelerde düzenli bir şekilde düzenlenir ve büyük mesafelerde düzenlemenin sırası (simetrisi) ihlal edilir - "kısa menzilli düzen". Moleküler çekim kuvvetleri molekülleri birbirine yakın tutar. Moleküllerin hareketi, bir sabit konumdan diğerine (genellikle bir katman içinde) "sıçraymaktır". Bu hareket, bir sıvının akışkanlığını açıklar. Bir sıvının şekli yoktur, ancak hacmi vardır.

Katılar, kristal ve amorf olarak bölünmüş, şeklini koruyan maddelerdir. Kristal katılar gövdeler, düğümlerinde iyonların, moleküllerin veya atomların bulunabileceği bir kristal kafese sahiptirler.Kararlı denge konumlarına göre salınırlar.. Kristal kafesler, tüm hacim boyunca düzenli bir yapıya sahiptir - “uzun menzilli düzen”.

Amorf cisimlerşekillerini korurlar, ancak kristal kafesleri yoktur ve sonuç olarak belirgin bir erime noktasına sahip değildirler. Sıvılar gibi "kısa menzilli" moleküler düzene sahip oldukları için donmuş sıvılar olarak adlandırılırlar.

Moleküler etkileşim kuvvetleri

Bir maddenin tüm molekülleri birbirleriyle çekme ve itme kuvvetleriyle etkileşime girer. Moleküllerin etkileşiminin kanıtı: ıslanma olgusu, sıkıştırma ve gerilmeye karşı direnç, katıların ve gazların düşük sıkıştırılabilirliği, vb. Moleküllerin etkileşiminin nedeni, bir maddedeki yüklü parçacıkların elektromanyetik etkileşimleridir. Bu nasıl açıklanır? Bir atom, pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü bir elektron kabuğundan oluşur. Çekirdeğin yükü tüm elektronların toplam yüküne eşittir, dolayısıyla atom bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür. Bir veya daha fazla atomdan oluşan bir molekül de elektriksel olarak nötrdür. İki sabit molekül örneğini kullanarak moleküller arasındaki etkileşimi ele alalım. Doğada cisimler arasında yer çekimi ve elektromanyetik kuvvetler bulunabilir. Moleküllerin kütleleri son derece küçük olduğundan, moleküller arasındaki yerçekimsel etkileşimin ihmal edilebilir kuvvetleri göz ardı edilebilir. Çok büyük mesafelerde moleküller arasında elektromanyetik etkileşim de yoktur. Ancak moleküller arasındaki mesafe azaldıkça moleküller, birbirlerine bakan tarafları farklı işaretlere sahip olacak (genel olarak moleküller nötr kalır) ve moleküller arasında çekici kuvvetler ortaya çıkacak şekilde kendilerini yönlendirmeye başlarlar. Moleküller arasındaki mesafenin daha da azalmasıyla birlikte, molekül atomlarının negatif yüklü elektron kabuklarının etkileşimi sonucu itici kuvvetler ortaya çıkar. Sonuç olarak molekül, çekme ve itme kuvvetlerinin toplamı tarafından etkilenmektedir. Büyük mesafelerde çekim kuvveti baskındır (molekülün 2-3 çapı mesafede çekim maksimumdur), kısa mesafelerde itme kuvveti hakimdir. Moleküller arasında çekici kuvvetlerin itici kuvvetlere eşit olduğu mesafe vardır. Moleküllerin bu konumuna kararlı denge konumu denir. Birbirinden uzakta bulunan ve elektromanyetik kuvvetlerle bağlanan moleküller potansiyel enerjiye sahiptir. Kararlı bir denge konumunda moleküllerin potansiyel enerjisi minimumdur. Bir maddede her molekül, birçok komşu molekülle aynı anda etkileşime girer ve bu aynı zamanda moleküllerin minimum potansiyel enerjisinin değerini de etkiler. Ayrıca bir maddenin tüm molekülleri sürekli hareket halindedir. kinetik enerjiye sahiptir. Böylece, bir maddenin yapısı ve özellikleri (katı, sıvı ve gaz halindeki cisimler), moleküllerin minimum potansiyel etkileşim enerjisi ile moleküllerin termal hareketinin kinetik enerjisi rezervi arasındaki ilişki ile belirlenir.

Katı, sıvı ve gaz halindeki cisimlerin yapısı ve özellikleri

Vücutların yapısı, vücut parçacıklarının etkileşimi ve termal hareketlerinin doğası ile açıklanır.

Sağlam

Katıların şekli ve hacmi sabittir ve pratik olarak sıkıştırılamazlar. Moleküllerin minimum potansiyel etkileşim enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisinden daha büyüktür. Güçlü parçacık etkileşimi. Bir katıdaki moleküllerin termal hareketi yalnızca parçacıkların (atomlar, moleküller) kararlı bir denge konumu etrafındaki titreşimleriyle ifade edilir.

Büyük çekim kuvvetleri nedeniyle moleküller madde içindeki konumlarını pratik olarak değiştiremezler; bu, katıların hacminin ve şeklinin değişmezliğini açıklar. Çoğu katı, düzenli bir kristal kafes oluşturan parçacıkların uzaysal olarak düzenli bir düzenlemesine sahiptir. Maddenin parçacıkları (atomlar, moleküller, iyonlar) kristal kafesin köşelerinde - düğümlerinde bulunur. Kristal kafesin düğümleri, parçacıkların kararlı denge konumuyla çakışır. Bu tür katılara kristal denir.

Sıvı

Sıvıların belirli bir hacmi vardır ancak kendilerine ait şekilleri yoktur, bulundukları kabın şeklini alırlar. Moleküller arasındaki etkileşimin minimum potansiyel enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisiyle karşılaştırılabilir. Zayıf parçacık etkileşimi. Bir sıvı içindeki moleküllerin termal hareketi, moleküle komşuları tarafından sağlanan hacim içindeki kararlı bir denge konumu etrafındaki titreşimlerle ifade edilir. Moleküller bir maddenin tüm hacmi boyunca serbestçe hareket edemezler ancak moleküllerin komşu yerlere geçişleri mümkündür. Bu, sıvının akışkanlığını ve şeklini değiştirme yeteneğini açıklar.

Sıvılarda moleküller, sıvı hacminin değişmezliğini açıklayan çekim kuvvetleriyle birbirine oldukça sıkı bir şekilde bağlanır. Bir sıvıda moleküller arasındaki mesafe yaklaşık olarak molekülün çapına eşittir. Moleküller arasındaki mesafe azaldığında (sıvının sıkıştırılması), itme kuvvetleri keskin bir şekilde artar, dolayısıyla sıvılar sıkıştırılamaz. Yapıları ve termal hareketin doğası gereği sıvılar, katılar ve gazlar arasında bir ara pozisyonda bulunur. Bir sıvı ile bir gaz arasındaki fark, bir sıvı ile bir katı arasındaki farktan çok daha büyük olmasına rağmen. Örneğin, erime veya kristalleşme sırasında bir cismin hacmi, buharlaşma veya yoğunlaşma sırasında olduğundan çok daha az değişir.

Gazların sabit bir hacmi yoktur ve bulundukları kabın tüm hacmini kaplarlar. Moleküller arasındaki etkileşimin minimum potansiyel enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisinden daha azdır. Maddenin parçacıkları pratikte etkileşime girmez. Gazlar, moleküllerin düzenlenmesinde ve hareketinde tam bir bozuklukla karakterize edilir.

Gaz molekülleri arasındaki mesafe, moleküllerin boyutundan birkaç kat daha fazladır. Küçük çekim kuvvetleri molekülleri birbirine yakın tutamaz, dolayısıyla gazlar sınırsızca genişleyebilir. Gazlar dış basıncın etkisi altında kolayca sıkıştırılır, çünkü Moleküller arasındaki mesafeler büyüktür ve etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilir düzeydedir. Kabın duvarlarındaki gaz basıncı, hareket eden gaz moleküllerinin etkisiyle oluşur.

Moleküler kinetik teorisi bir maddenin neden olabileceğini anlamayı mümkün kılar.
gaz, sıvı ve katı hallerde.
Gazların, sıvıların ve katıların yapısını en genel anlamda hayal etmeye çalışırsanız aşağıdaki resmi çizebilirsiniz.
Gazlar
Gazlarda atomlar veya moleküller arasındaki mesafe ortalama olarak moleküllerin boyutundan birçok kat daha fazladır (Şekil 2.17). Atmosfer basıncında kabın hacmi, kaptaki gaz moleküllerinin hacminden onbinlerce kat daha fazladır.
Gazlar kolayca sıkıştırılır, çünkü bir gaz sıkıştırıldığında yalnızca moleküller arasındaki ortalama mesafe azalır, ancak moleküller birbirini "sıkmaz" (Şekil 2.18). Moleküller (veya atomlar) kısa mesafe koşucuları kadar hızlıdır ancak uzayda çok daha hızlı koşarlar. Birbirleriyle çarpışarak hareketlerinin yönünü sürekli değiştirirler ve farklı yönlere doğru uçarlar.
Gaz moleküllerinin zayıf çekici kuvvetleri onları birbirine yakın tutamaz. Bu nedenle gazlar ne şeklini ne de hacmini korur. Gazın bulunduğu kabın boyutunu ne kadar arttırırsak büyütelim, gaz bizim hiçbir çaba harcamamıza gerek kalmadan onu tamamen dolduracaktır.

Moleküllerin damar duvarlarına çok sayıda çarpması gaz basıncı oluşturur.
Moleküllerden birinin potansiyel enerjisinin en yakın komşularına olan mesafeye bağımlılığının doğasını takip ederseniz, gerçek gaz adı verilen bir maddenin durumu hakkında daha derin bir anlayış elde edebilirsiniz (Şekil 2.19). Bir molekül hareket ettiğinde, yolunun çoğunda potansiyel enerjisi neredeyse tam olarak sıfırdır, çünkü bir gazdaki moleküller arasındaki mesafe ortalama olarak boyutlarından çok daha fazladır. 1. ve 2. noktalarda söz konusu molekülün en yakın komşuları bulunur. Bu molekül, komşu 1'den oldukça önemli bir mesafede ve komşu 2'den daha yakın bir mesafede hareket eder.
şaka
Hey Ah
Pirinç. 2.19
Bir molekülün zaman ortalamalı potansiyel enerjisi negatiftir ve çok küçüktür. Modülde, 1 ve 2 noktaları ile z ekseni arasındaki potansiyel eğri ile sınırlanan şeklin alanına sayısal olarak eşittir, 1-2 segmentinin uzunluğuna bölünür (potansiyel enerjinin ortalama değeri). bölüm 1-2). Toplam ortalama enerji zorunlu olarak sıfırdan büyüktür (Şekil 2.19'daki düz çizgi), çünkü E 0'da bu ancak bir gaz molekülünün ortalama kinetik enerjisinin potansiyel enerjisinin ortalama değerinden büyük olması durumunda mümkündür.
Ek > \Ep\, (2.6.1) çünkü E = Ek + Er ve Er Sıvılar
Sıvı moleküller neredeyse birbirine yakın konumdadır (Şekil 2.20), dolayısıyla her molekül bir gaz molekülünden farklı davranır. Diğer moleküller tarafından bir kafesteymiş gibi kenetlendiğinden “yerinde hareket eder” (denge konumu etrafında salınır, komşu moleküllerle çarpışır). Sadece zaman zaman "kafesin parmaklıklarını" kırarak bir "sıçrama" yapar, ancak kendisini hemen yeni komşuların oluşturduğu yeni bir "kafes" içinde bulur. Bir su molekülünün sabit yaşam süresi, yani oda sıcaklığında belirli bir denge konumu etrafındaki salınım süresi, istatistiksel mekanik yasaları kullanılarak yapılan hesaplamalarda gösterildiği gibi ortalama 10-11 saniyedir. Bir salınımın gerçekleşmesi için gereken süre çok daha azdır (10~12-10~13s). Sıcaklık arttıkça moleküllerin kalma süresi azalır. İlk olarak Sovyet fizikçisi Ya.I. Frenkel tarafından ortaya konulan sıvılardaki moleküler hareketin doğası, sıvıların temel özelliklerini anlamamızı sağlar.
Sıvı moleküller doğrudan yan yana bulunur. Bu nedenle sıvının hacmini az da olsa değiştirmeye çalıştığınızda moleküllerin deformasyonu başlar (Şekil 2.21). Bu çok büyük kuvvetler gerektirir. Bu, sıvıların düşük sıkıştırılabilirliğini açıklar. Bir sıvının düşük sıkıştırılabilirliğinin nedenini anlamak, kalabalık bir otobüse sığmanın neden bu kadar zor olduğunu anlamaktan daha zor değildir.
Sıvılar bilindiği gibi akışkandır yani şeklini korumazlar. Bu şu şekilde açıklanabilir. Sıvı sabitse, moleküllerin bir "hareketsiz" konumdan diğerine atlaması her yönde aynı frekansta gerçekleşir.
1
>1
Frenkel Yakov Ilyich (1894-1952) - fiziğin çeşitli alanlarına önemli katkılarda bulunan seçkin bir Sovyet teorik fizikçisi. Ya I. Frenkel, maddenin sıvı durumuna ilişkin modern teorinin yazarıdır. Ferromanyetizma teorisinin temellerini attı. Ya.I. Frenkel'in atmosferik elektrik ve Dünya'nın manyetik alanının kökeni konusundaki çalışmaları yaygın olarak bilinmektedir. Uranyum çekirdeğinin fisyonunun ilk kantitatif teorisi Ya. I. Frenkel tarafından yaratıldı. Pirinç. 2.21
Pirinç. 2.22
Pirinç. 2.20 çukur (bkz. Şekil 2.20). Bir dış kuvvetin varlığı, saniyedeki moleküler sıçramaların sayısını gözle görülür şekilde değiştirmez, ancak moleküllerin bir "hareketsiz" konumdan diğerine sıçraması ağırlıklı olarak dış kuvvet yönünde gerçekleşir (Şekil 2.22). Bu nedenle sıvı akarak bulunduğu kabın şeklini alır.
Bir sıvının akması için, yalnızca kuvvetin süresinin molekülün "yerleşik ömrü" süresinden birkaç kat daha fazla olması gerekir, aksi takdirde kısa süreli bir kuvvet yalnızca sıvının elastik deformasyonuna ve sıradan bir düşüşe neden olur. su çelik bir top gibi davranacaktır.
Şimdi bir sıvı molekülün ortalama kinetik ve ortalama potansiyel enerjilerinin nasıl ilişkili olduğuna bakalım. Her sıvı molekül aynı anda birden fazla komşuyla etkileşime girer. Belirli bir molekülün birbirinden yaklaşık 2r0 uzaklıkta bulunan en yakın iki komşusuyla etkileşimini hesaba katarak kendimizi sınırlayalım.
İstenilen potansiyel eğrisi, Şekil 2.15a'da gösterilen eğrinin (çift etkileşimi), ilkine göre 2r0'dan biraz daha büyük bir mesafe kadar kaydırılmış aynı eğri üzerine bindirilmesiyle elde edilebilir. Potansiyel enerjiler toplanır, böylece potansiyel kuyusunun derinliği neredeyse iki katına çıkar ve maksimum enerji azalır (Şekil 2.23). Diğer moleküllerle etkileşimler dikkate alınarak potansiyel eğrisinin seyri Şekil 2.24'te gösterilmektedir.
Bir molekülün sıvıyı terk edememesi için ortalama enerjisinin negatif olması gerekir (E bu durumda molekül komşularının oluşturduğu potansiyelin içinde kalacaktır. E > 0 ise molekül sıvının içinde kalmayacaktır). sıvı ve onu bırakacak.
E = Ec + Er ve Er Ek olduğundan |.E| |-Ero| - potansiyel enerjinin maksimum (modülo) değeri. Şekil 2.24'te bir molekülün ortalama enerjisinin grafiği düz bir çizgi parçası olarak gösterilmektedir.
Potansiyel kuyusunda bulunan bir molekülün titreşimleri uzun sürmez. Moleküllerin hareketinin rastgeleliği nedeniyle, enerjileri sürekli olarak değişir ve ortalama enerji E'den ya daha büyük ya da daha az olur. Molekülün enerjisi, onları ayıran potansiyel eğrisinin yüksekliğini (potansiyel bariyerin yüksekliği) aşar aşmaz. Bir kuyu diğerinden ayrıldığında molekül bir denge konumundan diğerine atlayacaktır.
Katılar
Katıların atomları veya molekülleri, sıvılardan farklı olarak en yakın komşularıyla bağlarını koparamaz ve belirli denge konumları etrafında salınamaz. Doğru, bazen moleküller denge konumlarını değiştirir, ancak bu çok nadiren olur. Katıların yalnızca hacmini değil aynı zamanda şeklini de korumasının nedeni budur.
Sıvılar ve katılar arasında başka bir fark daha vardır. Sıvı, insanların yerinde durmaksızın itişip durduğu bir kalabalığa benzetilebilir ve katı bir vücut, kural olarak, insanların hazır bulunmasalar da ortalama olarak kendi aralarında belirli aralıkları koruduğu ince bir kohort gibidir. . Katı bir cismin atomlarının veya moleküllerinin denge konumlarının merkezlerini bağlarsanız, kristal kafes adı verilen düzenli bir uzaysal kafes elde edersiniz. Şekil 2.25 ve 2.26 sofra tuzu ve elmasın kristal kafeslerini göstermektedir.
Pirinç. 2.25
Pirinç. 2.26
Kristalin büyümesi engellenmezse atomların dizilişindeki iç düzen geometrik olarak düzenli dış formlara yol açar.
Katı bir molekülün en yakın komşularıyla etkileşimine ilişkin potansiyel enerji eğrisi (Şekil 2.27), sıvı moleküllerin etkileşimine ilişkin potansiyel enerji eğrisine benzer (bkz. Şekil 2.24). Sadece potansiyel kuyusunun derinliği biraz daha fazla olmalıdır çünkü moleküller

Pirinç. 2.27
birbirine daha yakın konumdadır. Koşul |l?| Sıvı cisimler için geçerli olan katılar için de geçerlidir. Ancak katı moleküllerin kinetik enerjisi sıvı moleküllerinkinden çok daha azdır. Sonuçta katılar soğuduktan sonra oluşur. Buna göre katılarda moleküllerin ortalama kinetik enerjisi, ortalama potansiyel enerjinin mutlak değerinden önemli ölçüde daha azdır:
Ek « \ЁР\. (2.6.3)
Şekil 2.27'de kuyu içindeki bir molekülün ortalama enerjisi düz bir çizgi parçasıyla gösterilmektedir. Parçacık potansiyel kuyusunun dibinde salınır. Komşu kuyular arasındaki potansiyel bariyerlerin yükseklikleri yüksektir ve moleküller bir denge konumundan diğerine zorlukla hareket eder. Bir molekülün hareket edebilmesi için ortalamanın önemli ölçüde üzerinde enerji alması gerekir. Bu olay pek olası değildir. Katıların sıvılardan farklı olarak şekillerini korumalarının nedeni budur.
Gazlarda moleküllerin ortalama kinetik enerjisi ortalama potansiyel enerjisinden daha büyüktür. Sıvılar için ortalama kinetik enerji, ortalama potansiyel enerjiden biraz daha azdır; katılar için ortalama kinetik enerji, ortalama potansiyel enerjiden çok daha azdır.

Belirli koşullar altında, Dünya gezegenindeki tüm maddeler üç durumdan birinde bulunur: gaz, sıvı veya katı. Ayrıca maddenin plazma adı verilen dördüncü bir hali de vardır. Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısı ve dış koşullar değiştiğinde bunların bir durumdan diğerine geçişleri sorununu ele alalım.

Maddenin katı hali

Katılar, şekillerini ve hacimlerini değiştirmek için üzerlerine etki eden dış kuvvetlere direnme yetenekleriyle karakterize edilir. Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısı ve ikincisi üzerinde durma sorunu göz önüne alındığında, içlerindeki moleküllerin birbirine sıkı sıkıya bağlı olduğunu söylemek gerekir. Bu nedenle, bir nesnenin sabit dış koşullar altında koruduğu belirli bir şekli vardır.

Bir katıdaki moleküller düzenli bir durumda olabilir, bu durumda kristal yapıdan söz ederler. Veya düzensiz bir durumda olabilirler, o zaman amorf katılardan bahsediyoruz. Kristal kafesin çarpıcı bir örneği, uzayda atomik iyonların bulunduğu düğümlerde belirli bir tipte ideal bir kafes oluşturan metal sistemlerin yapısıdır. Amorf yapıya sahip katı bir nesnenin örneği camdır.

Katı Madde Bilimleri

Katılar, aşağıdakileri içeren çeşitli bilimler tarafından incelenmektedir:

• Yoğun madde fiziği. Deneysel ve teorik yöntemler kullanarak 10 19 parçacıktan büyük katı ve sıvı maddeleri inceliyor.
• Deformasyonların mekaniği. Bu bilim, katıların içlerindeki gerilimler, elastik ve plastik deformasyonlar gibi mekanik özelliklerini ve bu özelliklerin termodinamik dış parametrelerle ilişkisini inceler. Bu disiplinde katı maddenin yapısının kendisi önemli değildir.
• Malzeme Bilimi. Katı, sıvı ve gaz halindeki cisimlerin moleküllerinin yapısını ve bu durumlar arasındaki faz geçişlerini inceliyor.
• Katı hal kimyası. Bu disiplin katı haldeki yeni malzemelerin sentezinde uzmanlaşmıştır.

Katıların bazı özellikleri

Sabit basınçta ve nispeten düşük sıcaklıklarda madde katı haldedir. Küçük bir dış kuvvetin katı hal üzerindeki etkisi, katı gövdenin dışarıdan gözle görülür deformasyonuna yol açmaz.

Kuvveti arttırırsanız vücut elastik olarak deforme olmaya başlayacaktır. Dış etkinin daha da artması durumunda iki seçenek mümkündür:

1. Gövde metal ise plastik deformasyon yaşamaya başlayacak, yani dış etkinin kesilmesinden sonra kalacak olan şeklinde önemli değişiklikler meydana gelecektir.
2. Bir gövde amorf bir yapıya veya kristal bir yapıya sahipse, ancak kafes düğümleri, örneğin bir NaCl kristali gibi farklı işaretlere sahip iyonlar içeriyorsa, o zaman vücut plastik olarak deforme olmayacak, ancak basitçe çökecektir.

Her katı gövde belirli bir yoğunlukla karakterize edilir. Bu kategorideki en hafif madde aerojel olup yoğunluğu 3 kg/m3'tür. İnsanoğlunun bildiği en yoğun katı madde metal osmiyumdur. Bir metreküp osmiyumun kütlesi 22.600 kg'dır.

Metal malzemeler

Katıların özel bir grubu saf metaller ve bunların alaşımlarıdır. Bu durumda katıların yapısındaki maddenin gaz ve sıvı hallerinden farkı, kristal kafes adı verilen uzamsal periyodik bir kafesin varlığında yatmaktadır.

Kristal yapılarından dolayı metaller süneklik ve kırınım gibi bir takım önemli özelliklere sahiptir. Hemen hemen hepsi üç ana kristal kafeste bulunur:

• yüzey merkezli kübik, örneğin Au, Ag, Al, Cu;
• vücut merkezli kübik, örneğin Nb, Mo, W, Fe;
• altıgen sıkı paketlenmiş, örneğin Ti, Zr.

Kristalografi bilimi, kristal kafeslerin özelliklerini incelemek için geliştirilmiştir.

Maddenin yoğun hali - sıvı

Sıvı hal, tıpkı katı gibi sıkıştırılamaz, yani önemli bir basınç aralığında hacmini korur. Bununla birlikte, bir sıvının şeklini korumaması, onu katı bir cisimden ayırır ve onu maddenin gaz halindeki durumuna yaklaştırır.

Katıların oluşumunda moleküler ve atomik kuvvetler etkiliyse, o zaman birbirine yalnızca zayıf moleküler kuvvetlerle bağlanan moleküllerden bir sıvı oluşur. Dünya üzerinde en yaygın olanı gaz gibi içine konulduğu kabın şeklini alabilen sudur.

Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısından bahsedersek, sıvının gazdan farklı olarak herhangi bir kapalı kaba konulduğunda yoğunluğunu değiştirmediğini belirtmek gerekir.

Sıvılara özgü özellikler

Her sıvı, içerisinde moleküler kuvvetlerin bulunması nedeniyle yüzey gerilimi ve kılcal etki gibi özelliklere sahiptir. Örneğin Dünyamızın yerçekimi alanında bir madde varsa, o zaman içine yerleştirilen herhangi bir cisim, ünlü Arşimet yasasına göre sıvının dışına itilecektir.

Yer çekimi sıvıya etki etmezse kaldırma kuvveti sıfır olacaktır. Ek olarak, dış kuvvetlerin yokluğunda, bu durumdaki maddeler en küçük yüzey alanını elde etme eğilimindedir ve böylece toplam enerji azalır. Bu nedenle ağırlıksızlık koşullarında su damlaları küresel bir şekle sahiptir, çünkü bu hacimdeki sıvı için en küçük yüzey alanına sahip şekil toptur.

Kılcal özellikler, moleküllerin yalnızca birbirleriyle değil aynı zamanda diğer cisimlerin atomları ve molekülleriyle de bağ kurma yeteneği ile açıklanmaktadır. Bir akışkanın bu fiziksel özelliklerine sırasıyla kohezyon ve adezyon adı verilir.

Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısından kısaca bahsetmişken, sıvı ve gaz halinin doğasında olan viskozite özelliğinden de bahsetmek gerekir. Viskozite, bir basınç gradyanı varlığında bir maddenin katmanlarının birbirine göre herhangi bir yer değiştirmesine direnme yeteneğini ifade eder. Sıvılar için bu gösterge, bu katmanların yer değiştirme hızına, sıcaklığa ve molekül ağırlığına bağlıdır. Bir cismin sıvı içindeki hareket hızı ne kadar yüksek olursa, sıvı parçacıklarının moleküler ağırlığı da o kadar büyük olur ve sıcaklık ne kadar düşük olursa viskozite de o kadar büyük olur.

Gazların yapısı

Gaz, kendisini oluşturan parçacıkların birbirine herhangi bir kuvvetle bağlanmadığı veya bu kuvvetlerin çok zayıf olduğu maddenin bir halidir. Bu nedenle bu tür maddeler hacim ve şekli serbestçe değiştirerek yerleştirildikleri kabın tamamını doldurur. Gaz halindeki cisimlerin yapısındaki sıvı ve katıdan bu farklılık, yoğunluklarının daha düşük olmasına yol açar. Suyun gaz halinde olması durumunda, buhardan bahsetmek gelenekseldir.

Gerçek gazlarda mutlak düzensizlik yoktur. Ancak içindeki moleküller o kadar hızlı hareket eder ki pratikte birbirleriyle etkileşime girmezler. Bu nedenle, gaz kesinlikle herhangi bir hacmi doldurur ve içindeki moleküller, moleküllerin boyutlarına kıyasla nispeten büyük mesafelerle ayrılacaktır. Moleküller arasındaki mesafenin büyük olması nedeniyle gazlar kolayca sıkıştırılır, böylece yoğunlukları ve iç basınçları artar.

Ideal gaz

Fizikte, katı, sıvı ve gaz halindeki cisimlerin yapısına ilişkin modellerin oluşturulması sayesinde, maddenin gerçek durumlarının bazı makul basitleştirmeleri ortaya çıkar ve bu durumların incelenmesi için daha basit bir matematiksel aparatın kullanılması mümkün olur. Bu modellerden biri ideal gaz kavramıydı.

Bu terim, moleküllerin aralarındaki mesafelere göre nokta boyutlarına sahip olduğu ve birbirleriyle etkileşime girmediği bir maddenin gaz halindeki halini ifade eder.

Normal koşullar altında, yani atmosfer basıncında ve oda sıcaklığında, gerçek gazların çoğu ideal kabul edilebilir. Örneğin nitrojen, oksijen, hidrojen, soy gazlar, karbondioksit ve diğerleri.

İdeal bir gazın hal denklemi aşağıdaki gibidir:

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

P, V, T ve n sırasıyla gaz maddenin basıncı, hacmi, sıcaklığı ve miktarıdır,

R = 8,31 J/(mol*K) - evrensel sabit.

Plazma maddenin dördüncü halidir

10. sınıfta gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısı göz önüne alındığında, maddenin başka bir durumuna da dikkat edilir - katyonlar ve anyonlardan, yani pozitif ve negatif yüklü parçacıklardan oluşan bir gaz olan plazma. Plazmanın çarpıcı bir örneği güneşimizi oluşturan maddedir.

Plazma birçok özelliği bakımından gaza benzer; tek farkı manyetik alanlara tepki verebilmesi ve aynı zamanda elektrik akımını da iletebilmesidir. Plazma, bir gazın yüksek sıcaklıklara ısıtılmasıyla elde edilebilir, çünkü bu moleküller arasında çarpışmalara neden olur ve bu da onların kısmi veya tam iyonlaşmasına yol açar.

Maddenin halindeki değişiklik

10.sınıf fizik dersinde gaz, katı ve sıvı cisimlerin yapısı ve bu haller arasındaki geçişler ele alınır. Basınç ve sıcaklıktaki değişiklikler nedeniyle maddelerin halleri arasında geçişler mümkündür. Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yalnızca fiziksel yapısında değişiklikler meydana gelirken, kimyasal bileşimleri sabit kalır.

Maddenin farklı halleri arasında aşağıdaki geçişler mümkündür:

• Erime. Katıdan sıvıya endotermik geçiş süreci.
• Kristalleşme. Bir sıvının soğudukça katı hale geldiği ekzotermik bir süreç.
• Kaynamak. Bir sıvının gaza dönüştüğü fiziksel bir endotermik süreç.
• Yoğuşma. Gazın sıvıya ekzotermik geçişi.
• Süblimasyon veya süblimasyon. Sıvı hali atlayarak katı halden gaz haline endotermik geçiş. Klasik bir örnek kuru buzun süblimleşmesidir.

Faz geçişlerinin tüm endotermik ve ekzotermik işlemlerinin, maddenin sabit bir sıcaklığı ile meydana geldiğine dikkat edilmelidir. Varlığı gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısal özellikleriyle belirlenen tüm bu süreçler enerjiktir, yani uygulanmaları sırasında ya enerjinin sağlanmasını ya da uzaklaştırılmasını gerektirirler.

Gazlar Gaz (gaz halinde) (Hollanda gazından), kendisini oluşturan parçacıklar (moleküller, atomlar veya iyonlar) arasındaki çok zayıf bağların yanı sıra yüksek hareketlilikleri ile karakterize edilen bir maddenin toplanma durumudur. Gaz parçacıkları, hareketlerinin doğasında keskin bir değişikliğin meydana geldiği çarpışmalar arasındaki aralıklarda neredeyse serbestçe ve kaotik bir şekilde hareket eder. Bir maddenin, aynı maddenin kararlı bir sıvı veya katı fazının varlığının mümkün olduğu koşullar altında gaz halindeki durumuna genellikle buhar denir. Sıvılar gibi gazlar da akışkanlığa sahiptir ve deformasyona karşı dayanıklıdır. Sıvıların aksine, gazların sabit bir hacmi yoktur ve serbest bir yüzey oluşturmazlar, ancak mevcut hacmin tamamını (örneğin bir kap) doldurma eğilimindedirler.

Gaz halindeki durum, Evrendeki maddenin en yaygın halidir (yıldızlararası madde, bulutsular, yıldızlar, gezegen atmosferleri vb.). Gazların ve karışımlarının kimyasal özellikleri çok çeşitlidir - düşük aktif inert gazlardan patlayıcı gaz karışımlarına kadar. Gazlar bazen yalnızca atom ve molekül sistemlerini değil aynı zamanda diğer parçacık sistemlerini de (fotonlar, elektronlar, Brown parçacıkları ve plazma) içerir.

Gazlar süresiz olarak genişleyebilir. Şekillerini ve hacimlerini korumazlar.Moleküllerin damar duvarlarına çok sayıda çarpması gaz basıncı oluşturur.

SIVI Sıvı, maddenin toplam hallerinden biridir. Bir sıvının onu diğer toplanma durumlarından ayıran ana özelliği, hacmini pratik olarak korurken, isteğe bağlı olarak küçük olsa bile, teğet mekanik gerilimlerin etkisi altında şeklini süresiz olarak değiştirebilme yeteneğidir.

Sıvı, iki özelliğe sahip fiziksel bir cisimdir: Akışkandır, dolayısıyla herhangi bir şekli yoktur ve bulunduğu kabın şeklini alır. Katı bir cisme benzer şekilde, basınç ve sıcaklıktaki değişikliklerle şekil ve hacmini çok az değiştirir.

Sıvı hal genellikle bir katı ile bir gaz arasında bir ara madde olarak kabul edilir: bir gaz ne hacmi ne de şekli korur, ancak bir katı her ikisini de korur. Sıvı cisimlerin şekli tamamen veya kısmen yüzeylerinin elastik bir zar gibi davranmasıyla belirlenebilir. Böylece su damlalar halinde birikebilir. Ancak bir sıvı, sabit yüzeyinin altından bile akma kapasitesine sahiptir ve bu aynı zamanda (sıvı bir cismin iç kısımlarının) korunmamış formları anlamına da gelir. Sıvı moleküllerin kesin bir konumu yoktur ancak aynı zamanda tam bir hareket özgürlüğüne de sahip değildirler. Aralarında onları yakın tutacak kadar güçlü bir çekim vardır. Sıvı haldeki bir madde belirli bir sıcaklık aralığında bulunur, bunun altında katı bir duruma dönüşür (kristalleşme meydana gelir veya katı hal amorf bir duruma - cam dönüşümü gerçekleşir), üzerinde gaz haline dönüşür (buharlaşma meydana gelir). Bu aralığın sınırları basınca bağlıdır. Kural olarak sıvı haldeki bir maddenin yalnızca bir modifikasyonu vardır. (En önemli istisnalar kuantum sıvıları ve sıvı kristallerdir.) Bu nedenle çoğu durumda sıvı yalnızca bir toplanma durumu değil aynı zamanda termodinamik bir fazdır (sıvı faz). Tüm sıvılar genellikle saf sıvılara ve karışımlara ayrılır. Bazı sıvı karışımları yaşam için büyük öneme sahiptir: kan, deniz suyu vb. Sıvılar çözücü görevi görebilir.

Serbest yüzey oluşumu ve yüzey gerilimi Hacmin korunması nedeniyle sıvı, serbest bir yüzey oluşturma kapasitesine sahiptir. Böyle bir yüzey, belirli bir maddenin fazları arasındaki arayüzdür: bir tarafta sıvı faz, diğer tarafta gaz fazı (buhar) ve muhtemelen başka gazlar, örneğin hava vardır. Aynı maddenin sıvı ve gaz fazları temas ederse, arayüz alanını azaltan kuvvetler (yüzey gerilimi kuvvetleri) ortaya çıkar. Arayüz, büzülme eğiliminde olan elastik bir zar gibi davranır. Yüzey gerilimi sıvı moleküller arasındaki çekimle açıklanabilir. Her molekül diğer molekülleri çeker, kendilerini onlarla "çevrelemeye" çalışır ve bu nedenle yüzeyi terk eder. Buna göre yüzey azalma eğilimindedir. Bu nedenle, sabun kabarcıkları ve kabarcıklar kaynarken küresel bir şekil alma eğilimindedir: belirli bir hacim için bir küre minimum yüzey alanına sahiptir. Bir sıvıya yalnızca yüzey gerilimi kuvvetleri etki ediyorsa, sıvı mutlaka küresel bir şekil alacaktır - örneğin sıfır yerçekimindeki su damlaları. Yoğunluğu sıvınınkinden daha büyük olan küçük nesneler, yerçekimi kuvveti yüzey alanının artmasını önleyen kuvvetten daha az olduğundan sıvının yüzeyinde "yüzebilir".

Sıvıların bir durumdan diğerine geçişi Buharlaşma, bir maddenin sıvı halden gaz fazına (buhar) kademeli olarak geçişidir. Termal hareket sırasında bazı moleküller sıvıyı yüzeyinden terk ederek buhar haline gelir. Aynı zamanda bazı moleküller buhardan sıvıya geri döner. Bir sıvıya girenden daha fazla molekül ayrılırsa buharlaşma meydana gelir. Yoğuşma ters bir işlemdir, bir maddenin gaz halindeki durumdan sıvı duruma geçişidir. Bu durumda buhardan sıvıya, sıvıdan buhara olduğundan daha fazla molekül geçer. Kaynama, bir sıvının içinde buharlaşma işlemidir. Yeterince yüksek bir sıcaklıkta, buhar basıncı, sıvının içindeki basınçtan daha yüksek hale gelir ve orada (yerçekimi koşulları altında) yukarı doğru yüzen buhar kabarcıkları oluşmaya başlar. Islanma, bir sıvının buhar varlığında, yani üç fazın arayüzlerinde katı bir yüzeyle temas etmesi sonucu ortaya çıkan bir yüzey olgusudur. Karışabilirlik, sıvıların birbiri içinde çözünebilme yeteneğidir. Karışabilen sıvılara örnek: su ve etil alkol, karışmayan sıvılara örnek: su ve sıvı yağ.

Katı, şeklinin kararlılığı ve denge konumları etrafında küçük salınımlar gerçekleştiren atomların termal hareketinin doğası bakımından diğer toplanma durumlarından (sıvılar, gazlar, plazma) farklı olan, maddenin bir araya gelmesinin dört durumundan biridir.

Moleküler kinetik teori, bir maddenin neden gaz, sıvı ve katı halde bulunabileceğini anlamayı mümkün kılar.

Gaz. Gazlarda, ortamdaki atomlar veya moleküller arasındaki mesafe, moleküllerin kendi boyutlarından kat kat fazladır (Şekil 10). Örneğin, atmosferik basınçta bir kabın hacmi onlarcadır.

kaptaki gaz moleküllerinin hacminden bin kat daha fazladır.

Gazlar kolayca sıkıştırılır, çünkü bir gaz sıkıştırıldığında yalnızca moleküller arasındaki ortalama mesafe azalır, ancak moleküller birbirini "sıkmaz" (Şekil 11).

Moleküller uzayda muazzam hızlarla (saniyede yüzlerce metre) hareket eder. Çarpıştıklarında bilardo topları gibi birbirlerinden farklı yönlere sıçrarlar.

Gaz moleküllerinin zayıf çekici kuvvetleri onları birbirine yakın tutamaz. Bu nedenle gazlar sınırsız olarak genişleyebilir. Ne şeklini ne de hacmini korurlar.

Moleküllerin damar duvarlarına çok sayıda çarpması gaz basıncı oluşturur.

Sıvılar. Sıvılarda moleküller neredeyse birbirine yakın konumdadır (Şekil 12). Bu nedenle bir molekül sıvı içinde gazdan farklı davranır. Diğer moleküller tarafından bir kafesteymiş gibi kenetlendiğinden “yerinde hareket eder” (denge konumu etrafında salınır, komşu moleküllerle çarpışır). Sadece zaman zaman "kafesin parmaklıklarını" kırarak bir "sıçrama" yapar, ancak kendisini hemen yeni komşuların oluşturduğu yeni bir "kafes" içinde bulur. Bir su molekülünün "yerleşik ömrü" süresi, yani oda sıcaklığında belirli bir denge konumu etrafındaki salınımların süresi ortalama olarak s'dir. Bir salınımın süresi çok daha azdır. Sıcaklık arttıkça moleküllerin “yerleşik ömrü” azalır. İlk olarak Sovyet fizikçisi Ya.I. Frenkel tarafından ortaya konulan sıvılardaki moleküler hareketin doğası, sıvıların temel özelliklerini anlamamızı sağlar.

Sıvının molekülleri doğrudan yan yana bulunur, bu nedenle sıvının hacmini az da olsa değiştirmeye çalıştığınızda moleküllerin kendisi deforme olmaya başlar (Şekil 13). Bu da çok büyük bir güç gerektirir. Bu, sıvıların düşük sıkıştırılabilirliğini açıklar.

Sıvılar bilindiği gibi akışkandır yani şeklini korumazlar. Bu şu şekilde açıklanmaktadır. Sıvı akmazsa, moleküllerin bir "hareketsiz" konumdan diğerine atlaması her yönde aynı frekansta gerçekleşir (Şekil 12). Dış kuvvet, saniyedeki moleküler sıçrama sayısını gözle görülür şekilde değiştirmez, ancak moleküllerin bir "hareketsiz" konumdan diğerine sıçraması ağırlıklı olarak dış kuvvet yönünde gerçekleşir (Şekil 14). Sıvının akmasının ve kabın şeklini almasının nedeni budur.

Katılar. Katıların atomları veya molekülleri, sıvılardan farklı olarak belirli denge konumları etrafında titreşir. Doğru, bazen moleküller denge konumlarını değiştirir, ancak bu çok nadiren olur. Katıların yalnızca hacmini değil aynı zamanda şeklini de korumasının nedeni budur.

Sıvılarla katılar arasında önemli bir fark daha vardır. Bir sıvı, bireysel üyeleri yerinde durmaksızın itişip kakışan bir kalabalığa benzetilebilir ve katı bir cisim, üyeleri (termal hareket nedeniyle) dikkatli bir şekilde durmasalar da (termal hareket nedeniyle) hareketlerini sürdüren ince bir grup gibidir. kendi aralarında belirli aralıkların ortalamasını alırlar. Bir katının atomlarının veya iyonlarının denge konumlarının merkezlerini bağlarsanız, kristal kafes adı verilen düzenli bir uzaysal kafes elde edersiniz. Şekil 15 ve 16 sofra tuzu ve elmasın kristal kafeslerini göstermektedir. Kristallerdeki atomların dizilişindeki iç düzen, geometrik olarak düzenli dış şekillere yol açar. Şekil 17 Yakut elmaslarını göstermektedir.

Gördüğünüz gibi, bir maddenin temel özelliklerinin moleküler kinetik teoriye dayalı niteliksel bir açıklaması özellikle zor değildir. Ancak deneysel olarak ölçülen büyüklükler (basınç, sıcaklık vb.) ile moleküllerin özellikleri, sayıları ve hareket hızları arasında niceliksel ilişkiler kuran teori çok karmaşıktır. Kendimizi gaz teorisini düşünmekle sınırlayacağız.

1. Moleküllerin termal hareketinin varlığına dair kanıt sağlayın.

2. Brownian hareketi neden yalnızca düşük kütleli parçacıklar için fark edilebilir?

3. Moleküler kuvvetlerin doğası nedir? 4. Moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri aralarındaki mesafeye nasıl bağlıdır? 5. Pürüzsüz, temiz kesimli iki kurşun çubuk birbirine bastırıldığında neden birbirine yapışıyor? 6. Gaz, sıvı ve katı moleküllerinin termal hareketi arasındaki fark nedir?