Udaljenost između molekula u tekućem stanju. Udaljenost između molekula u plinovima, tekućinama i čvrstim tvarima

1. Građa plinovitih, tekućih i čvrstih tijela

Teorija molekularne kinetike omogućuje razumijevanje zašto tvar može biti u plinovitom, tekućem i čvrstom stanju.
Plinovi. U plinovima je udaljenost između atoma ili molekula u prosjeku višestruko veća od dimenzija samih molekula ( Slika 8.5). Na primjer, za atmosferski pritisak volumen posude je desetke tisuća puta veći od volumena molekula u njoj.

Plinovi se lako komprimiraju, dok se prosječna udaljenost između molekula smanjuje, ali se oblik molekule ne mijenja ( Slika 8.6).

Molekule se kreću kroz svemir ogromnom brzinom – stotinama metara u sekundi. Kada se sudare, odbijaju se jedni od drugih u različitim smjerovima poput biljarskih loptica. Slabe sile privlačenja molekula plina nisu u stanju držati ih jedna uz drugu. Zato plinovi se mogu beskonačno širiti. Ne zadržavaju svoj oblik ni volumen.
Brojni udari molekula na stijenke posude stvaraju tlak plina.

Tekućine... Molekule tekućine nalaze se gotovo blizu jedna drugoj ( Slika 8.7), pa se molekula tekućine ponaša drugačije od molekule plina. U tekućinama postoji takozvani poredak kratkog dometa, tj. uređeni raspored molekula održava se na udaljenostima jednakim nekoliko promjera molekula. Molekula vibrira oko svog ravnotežnog položaja, sudarajući se sa susjednim molekulama. Tek s vremena na vrijeme napravi još jedan "skok", došavši u novi položaj ravnoteže. U ovom ravnotežnom položaju, sila odbijanja jednaka je sili privlačnosti, tj. ukupna interakcijska sila molekule je nula. Vrijeme sjedilački život molekula vode, tj. vrijeme njezinih oscilacija oko jednog određenog ravnotežnog položaja na sobnoj temperaturi je u prosjeku 10 -11 s. Vrijeme jedne oscilacije je mnogo manje (10 -12 -10 -13 s). Kako temperatura raste, sjedeći život molekula se smanjuje.

Priroda molekularnog kretanja u tekućinama, koju je prvi ustanovio sovjetski fizičar Ya.I. Frenkel, omogućuje razumijevanje osnovnih svojstava tekućina.
Molekule tekućine nalaze se neposredno jedna do druge. Sa smanjenjem volumena, odbojne sile postaju vrlo velike. Ovo objašnjava niska kompresibilnost tekućina.
Kao što je poznato, tekućine su fluidne, tj. ne zadržavaju svoj oblik... To se može objasniti na sljedeći način. Vanjska sila ne mijenja zamjetno broj skokova molekula u sekundi. Ali skokovi molekula iz jednog sjedilačkog položaja u drugi događaju se uglavnom u smjeru djelovanja vanjske sile ( Slika 8.8). Zbog toga tekućina teče i poprima oblik posude.

Čvrsta tijela. Atomi ili molekule čvrstih tvari, za razliku od atoma i molekula tekućina, vibriraju oko određenih ravnotežnih položaja. Iz tog razloga, krute tvari zadržati ne samo volumen, već i oblik... Potencijalna energija interakcije molekula u čvrstom stanju znatno je veća od njihove kinetičke energije.
Postoji još jedna važna razlika između tekućina i krutih tvari. Tekućina se može usporediti s gomilom ljudi, gdje se pojedini pojedinci nemirno guraju na mjestu, a čvrsto tijelo je kao vitka skupina istih pojedinaca koji, iako ne stoje na oprezu, u prosjeku održavaju određene udaljenosti između sebe. Ako povežete središta ravnotežnih položaja atoma ili iona čvrste tvari, dobit ćete pravilnu prostornu rešetku, tzv. kristalno.
Slike 8.9 i 8.10 prikazuju kristalne rešetke natrijevog klorida i dijamanta. Unutarnji red u rasporedu kristalnih atoma dovodi do ispravnih vanjskih geometrijskih oblika.

Slika 8.11 prikazuje dijamante Jakuta.

U plinu je udaljenost l između molekula mnogo veća od veličine molekula r 0: " l >> r 0.
Za tekućine i čvrste tvari l≈r 0. Molekule tekućine raspoređene su neuredno i s vremena na vrijeme skaču iz jednog sjedilačkog položaja u drugi.
U kristalnim čvrstim tvarima, molekule (ili atomi) su raspoređeni na strogo uređen način.

2. Idealan plin u molekularno-kinetičkoj teoriji

Proučavanje bilo kojeg područja fizike uvijek počinje uvođenjem određenog modela, u okviru kojeg se studij nastavlja u budućnosti. Na primjer, kada smo proučavali kinematiku, model tijela je bio materijalna točka itd. Kao što ste mogli pretpostaviti, model nikada neće odgovarati stvarnim procesima koji se odvijaju, ali često dolazi vrlo blizu ovoj korespondenciji.

Molekularna fizika, a posebno MKT, nije iznimka. Mnogi znanstvenici su radili na problemu opisivanja modela od osamnaestog stoljeća: M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (slika 1). Potonji je, naime, 1857. uveo model idealnog plina. Kvalitativno objašnjenje glavnih svojstava tvari na temelju molekularne kinetičke teorije nije osobito teško. Međutim, teorija koja uspostavlja kvantitativne odnose između eksperimentalno mjerenih veličina (tlak, temperatura itd.) i svojstava samih molekula, njihovog broja i brzine kretanja, vrlo je složena. U plinu pri uobičajenim tlakovima, udaljenost između molekula je višestruko veća od njihove veličine. U tom su slučaju sile interakcije molekula zanemarive, a kinetička energija molekula je puno veća od potencijalne energije interakcije. Molekule plina se mogu promatrati kao materijalne točke ili vrlo male tvrde kuglice. Umjesto pravi plin, između molekula kojih djeluju složene sile interakcije, razmotrit ćemo ga model je idealan plin.

Idealan plin- plinski model, unutar kojeg su molekule i atomi plina predstavljeni u obliku vrlo malih elastičnih kuglica (veličine koje nestaju), koje međusobno ne djeluju (bez izravnog kontakta), već se samo sudaraju (vidi sliku 2).

Treba napomenuti da razrijeđeni vodik (pod vrlo niskim tlakom) gotovo u potpunosti zadovoljava model idealnog plina.

Riža. 2.

Idealan plin je plin čija je interakcija između molekula zanemariva. Naravno, kada se molekule idealnog plina sudare, na njih djeluje odbojna sila. Budući da, prema modelu, možemo smatrati molekule plina materijalnim točkama, zanemarujemo veličinu molekula, uz pretpostavku da je volumen koji zauzimaju puno manji od volumena posude.
Podsjetimo da se u fizičkom modelu uzimaju u obzir samo ona svojstva realnog sustava, čije je uvažavanje apsolutno neophodno za objašnjenje istraživanih pravilnosti ponašanja tog sustava. Niti jedan model ne može prenijeti sva svojstva sustava. Sada moramo riješiti prilično uzak problem: izračunati tlak idealnog plina na stijenkama posude koristeći molekularno-kinetičku teoriju. Za ovaj zadatak idealan model plina se pokazao sasvim zadovoljavajućim. To dovodi do rezultata koji su potvrđeni iskustvom.

3. Tlak plina u molekularno-kinetičkoj teoriji Neka plin bude u zatvorenoj posudi. Manometar pokazuje tlak plina p 0... Kako nastaje taj pritisak?
Svaka molekula plina, udarivši o zid, djeluje na njega određenom silom u kratkom vremenskom razdoblju. Kao rezultat nasumičnih udara o zid, tlak se tijekom vremena brzo mijenja, otprilike kao što je prikazano na slici 8.12. Međutim, djelovanja uzrokovana udarom pojedinih molekula toliko su slaba da ih manometar ne bilježi. Manometar bilježi prosječnu vremensku silu koja djeluje na svaku jedinicu površine njenog osjetljivog elementa - membrane. Unatoč malim promjenama tlaka, prosječni tlak p 0 u praksi se ispostavlja da je to sasvim određena vrijednost, budući da ima mnogo udaraca o zid, a mase molekula su vrlo male.

Idealni plin je model pravog plina. Prema ovom modelu, molekule plina se mogu smatrati materijalnim točkama, čija se interakcija događa tek kada se sudare. Sudarajući se sa zidom, molekule plina vrše pritisak na njega.

4. Mikro i makro parametri plina

Sada možete početi opisivati parametre idealnog plina. Podijeljeni su u dvije skupine:

Idealni parametri plina

To jest, mikroparametri opisuju stanje jedne čestice (mikro-objekta), a makroparametri opisuju stanje cijelog dijela plina (makro-objekta). Zapišimo sada relaciju koja povezuje neke parametre s drugima, odnosno osnovnu jednadžbu MKT-a:

Ovdje: - prosječna brzina čestica;

Definicija. - koncentracijačestice plina - broj čestica po jedinici volumena; ; jedinica - .

5. Prosječna vrijednost kvadrata molekularne brzine

Da biste izračunali prosječni tlak, morate znati prosječnu brzinu molekula (točnije, prosječnu vrijednost kvadrata brzine). Ovo nije lako pitanje. Navikli ste na činjenicu da svaka čestica ima brzinu. Prosječna brzina molekula ovisi o kretanju svih čestica.
Prosječne vrijednosti. Od samog početka potrebno je napustiti pokušaje praćenja kretanja svih molekula koje čine plin. Previše ih je, a kreću se vrlo teško. Ne moramo znati kako se svaka molekula kreće. Moramo otkriti do kakvog rezultata vodi kretanje svih molekula plina.
Priroda gibanja cijelog skupa molekula plina poznata je iz iskustva. Molekule su uključene u nepravilno (toplinsko) kretanje. To znači da brzina bilo koje molekule može biti i vrlo visoka i vrlo niska. Smjer kretanja molekula se stalno mijenja kada se međusobno sudaraju.
Međutim, brzine pojedinih molekula mogu biti bilo koje prosječno vrijednost modula ovih brzina je sasvim određena. Isto tako, visina učenika u razredu nije ista, ali je njegova prosječna vrijednost određeni broj. Da biste pronašli ovaj broj, trebate zbrojiti visinu pojedinih učenika i taj iznos podijeliti s brojem učenika.
Prosječna vrijednost kvadrata brzine. U budućnosti nam je potrebna prosječna vrijednost ne same brzine, već kvadrata brzine. Prosječna kinetička energija molekula ovisi o ovoj vrijednosti. A prosječna kinetička energija molekula, kao što ćemo uskoro vidjeti, ima vrlo veliku važnost kroz cijelu molekularnu kinetičku teoriju.
Označimo module brzina pojedinih molekula plina kroz njih. Prosječna vrijednost kvadrata brzine određena je sljedećom formulom:

gdje N- broj molekula u plinu.
Ali kvadrat modula bilo kojeg vektora jednak je zbroju kvadrata njegovih projekcija na koordinatnu os OJ, OJ, OZ... Zato

Prosječne vrijednosti količina mogu se odrediti pomoću formula sličnih formuli (8.9). Između srednje i srednje vrijednosti kvadrata projekcija postoji isti odnos kao i odnos (8.10):

Doista, jednakost (8.10) vrijedi za svaku molekulu. Dodavanje takvih jednakosti za pojedinačne molekule i dijeljenje obje strane rezultirajuće jednadžbe s brojem molekula N, dolazimo do formule (8.11).
Pažnja! Budući da su smjerovi triju osi OJ, OJ i OZ zbog slučajnog kretanja molekula jednake su, srednje vrijednosti kvadrata projekcija brzina međusobno su jednake:

Vidite, iz kaosa se pojavljuje određeni obrazac. Možete li to sami shvatiti?
Uzimajući u obzir relaciju (8.12), zamjenjujemo u formulu (8.11) umjesto i. Tada za srednji kvadrat projekcije brzine dobivamo:

odnosno srednji kvadrat projekcije brzine jednak je 1/3 srednjeg kvadrata same brzine. Faktor 1/3 pojavljuje se zbog trodimenzionalnosti prostora i, sukladno tome, postojanja tri projekcije za bilo koji vektor.
Molekularne brzine variraju nasumično, ali srednji kvadrat brzine je sasvim određena vrijednost.

6. Osnovna jednadžba molekularne kinetičke teorije
Nastavljamo s izvođenjem osnovne jednadžbe molekularne kinetičke teorije plinova. Ova jednadžba utvrđuje ovisnost tlaka plina o prosječnoj kinetičkoj energiji njegovih molekula. Nakon izvođenja ove jednadžbe u XIX stoljeću. i eksperimentalni dokazi njegova je pravda započela brzi razvoj kvantitativne teorije, koja se nastavlja do danas.
Dokaz gotovo bilo koje tvrdnje u fizici, izvođenje bilo koje jednadžbe može se izvesti s različitim stupnjevima strogosti i uvjerljivosti: vrlo pojednostavljeno, manje ili više rigorozno ili s puno dostupnom strogošću moderna znanost.
Strogo izvođenje jednadžbe molekularne kinetičke teorije plinova prilično je komplicirano. Stoga se ograničavamo na vrlo pojednostavljeno, shematsko izvođenje jednadžbe. Unatoč svim pojednostavljenjima, rezultat je točan.
Izvođenje glavne jednadžbe. Izračunajmo tlak plina na zidu CD posude ABCD područje S okomito na koordinatnu os VOL (Slika 8.13).

Kada molekula udari u zid, njezin se zamah mijenja: Budući da se modul brzine molekula ne mijenja pri udaru, onda ... Prema drugom Newtonovom zakonu, promjena količine gibanja molekule jednaka je momentu gibanja sile koja na nju djeluje sa strane stijenke posude, a prema trećem Newtonovom zakonu, impuls sile kojom je molekula djelovala. na zidu je isti po modulu. Posljedično, kao rezultat udara molekule o zid, djelovala je sila čiji je impuls jednak.

Kolika je prosječna udaljenost između molekula zasićene vodene pare pri 100 °C?

Zadatak broj 4.1.65 iz „Zbirke zadataka za pripremu prijemni ispiti o fizici USPTU"

dano:

\ (t = 100 ^ \ circ \) C, \ (l -? \)

Rješenje problema:

Razmotrimo vodenu paru u nekoj proizvoljnoj količini jednakoj \ (\ nu \) molu. Da biste odredili volumen \ (V \) koji zauzima određena količina vodene pare, trebate koristiti Clapeyron-Mendeleevovu jednadžbu:

U ovoj formuli, \ (R \) je univerzalna plinska konstanta jednaka 8,31 J / (mol · K). Tlak zasićene vodene pare \ (p \) pri temperaturi od 100 ° C je 100 kPa, to je poznata činjenica a svaki učenik bi to trebao znati.

Da biste odredili broj molekula vodene pare \ (N \), koristite sljedeću formulu:

Ovdje je \ (N_A \) Avogadrov broj jednak 6,023 · 10 23 1 / mol.

Tada za svaku molekulu postoji kocka volumena \ (V_0 \), očito određena formulom:

\ [(V_0) = \ frac (V) (N) \]

\ [(V_0) = \ frac ((\ nu RT)) ((p \ nu (N_A))) = \ frac ((RT)) ((p (N_A))) \]

Sada pogledajte dijagram za problem. Svaka molekula se konvencionalno nalazi u vlastitoj kocki, udaljenost između dvije molekule može varirati od 0 do \ (2d \), gdje je \ (d \) duljina ruba kocke. Prosječna udaljenost \ (l \) bit će jednaka duljini ruba kocke \ (d \):

Duljina ruba \ (d \) može se pronaći ovako:

Kao rezultat, dobivamo sljedeću formulu:

Pretvorimo temperaturu u Kelvinovu ljestvicu i izračunajmo odgovor:

Odgovor: 3,72 nm.

Ako ne razumijete rješenje i imate pitanje ili pronađete pogrešku, slobodno ostavite komentar ispod.

Molekularno-kinetička teorija daje objašnjenje za činjenicu da sve tvari mogu biti u tri agregatna stanja: u krutom, tekućem i plinovitom stanju. Na primjer, led, voda i vodena para. Plazma se često smatra četvrtim agregatnim stanjem.

Agregatna stanja materije(od latinskog agrego- vežem, vežem) - stanja iste tvari, prijelazi između kojih su popraćeni promjenom njezinih fizičkih svojstava. To je promjena u agregatnim stanjima materije.

U sva tri stanja molekule iste tvari se ni po čemu ne razlikuju jedna od druge, mijenja se samo njihov položaj, priroda toplinskog gibanja i jačina međumolekularne interakcije.

Kretanje molekula u plinovima

U plinovima je udaljenost između molekula i atoma obično mnogo veća od veličine molekula, a sile privlačenja su vrlo male. Stoga plinovi nemaju svoj oblik i stalan volumen. Plinovi se lako komprimiraju, jer odbojne sile na velike udaljenosti također su male. Plinovi imaju svojstvo neograničenog širenja, ispunjavajući cijeli volumen koji im se pruža. Molekule plina kreću se s vrlo velike brzine, sudaraju se, odbijaju jedan od drugoga u različitim smjerovima. Stvaraju se brojni udari molekula na stijenke posude tlak plina.

Kretanje molekula u tekućinama

U tekućinama, molekule ne samo da vibriraju oko ravnotežnog položaja, već i skaču iz jednog ravnotežnog položaja u susjedni. Ovi skokovi se javljaju povremeno. Vremenski interval između takvih skokova naziva se prosječan sjedilački život(ili prosječno vrijeme opuštanja) i označeno slovom ?. Drugim riječima, vrijeme opuštanja je vrijeme osciliranja oko jednog specifičnog ravnotežnog položaja. Na sobnoj temperaturi ovo vrijeme je u prosjeku 10 -11 s. Vrijeme jedne oscilacije je 10 -12 ... 10 -13 s.

Sjedeći život se smanjuje s povećanjem temperature. Udaljenost između molekula tekućine manja je od veličine molekula, čestice se nalaze blizu jedna drugoj, a međumolekularna privlačnost je velika. Međutim, raspored tekućih molekula nije strogo uređen u cijelom volumenu.

Tekućine, poput krutih tvari, zadržavaju svoj volumen, ali nemaju svoj oblik. Stoga poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Tekućina ima svojstva kao fluidnost... Zbog ovog svojstva, tekućina ne odoleva promjeni oblika, malo se skuplja i svoj fizikalna svojstva jednaki su u svim smjerovima unutar tekućine (izotropija tekućina). Po prvi put je karakter molekularnog gibanja u tekućinama ustanovio sovjetski fizičar Yakov Ilyich Frenkel (1894. - 1952.).

Kretanje molekula u čvrstim tvarima

Molekule i atomi čvrste tvari raspoređeni su u određenom redu i obliku kristalna rešetka ... Takav čvrste tvari naziva se kristalnim. Atomi osciliraju oko ravnotežnog položaja, a privlačnost među njima je vrlo velika. Stoga krute tvari u normalnim uvjetima zadržavaju svoj volumen i imaju svoj oblik.

Fizika

Interakcija između atoma i molekula tvari. Građa čvrstih, tekućih i plinovitih tijela

Sile privlačenja i sile odbijanja djeluju istovremeno između molekula tvari. Te sile jako ovise o udaljenostima između molekula.

Prema eksperimentalnim i teorijsko istraživanje međumolekularne sile interakcije obrnuto su proporcionalne n-ti stupanj udaljenost između molekula:

gdje je za sile privlačenja n = 7, a za sile odbijanja.

Interakcija dviju molekula može se opisati pomoću grafa ovisnosti projekcije rezultantnih sila privlačenja i odbijanja molekula o udaljenosti r između njihovih središta. Usmjerimo os r od molekule 1, čije se središte poklapa s ishodištem koordinata, u središte molekule 2 koje se nalazi na udaljenosti od nje (slika 1).

Tada će projekcija sile odbijanja molekule 2 od molekule 1 na os r biti pozitivna. Projekcija sile privlačenja molekule 2 na molekulu 1 bit će negativna.

Sile odbijanja (slika 2) puno su veće od sila privlačenja na malim udaljenostima, ali se znatno brže smanjuju s povećanjem r. Sile privlačenja također brzo opadaju s povećanjem r, tako da se, počevši s određene udaljenosti, može zanemariti interakcija molekula. Najveća udaljenost rm na kojoj molekule još međusobno djeluju naziva se radijus molekularnog djelovanja .

Sile odbijanja jednake su po veličini silama privlačenja.

Udaljenost odgovara stabilnoj ravnoteži međusobni položaj molekule.

U različitim stanjima agregacije tvari, udaljenost između njezinih molekula je različita. Otuda i razlika u međudjelovanju sila molekula i značajna razlika u prirodi kretanja molekula plinova, tekućina i krutih tvari.

U plinovima su udaljenosti između molekula nekoliko puta veće od dimenzija samih molekula. Kao rezultat toga, sile interakcije između molekula plina su male, a kinetička energija toplinskog gibanja molekula mnogo je veća od potencijalne energije njihove interakcije. Svaka se molekula slobodno kreće od drugih molekula ogromnim brzinama (stotine metara u sekundi), mijenjajući smjer i modul brzine prilikom sudara s drugim molekulama. Srednji slobodni put molekula plina ovisi o tlaku i temperaturi plina. U normalnim uvjetima.

U tekućinama je razmak između molekula mnogo kraći nego u plinovima. Sile interakcije između molekula su velike, a kinetička energija gibanja molekula razmjerna je potencijalnoj energiji njihove interakcije, uslijed čega molekule tekućine vibriraju oko određenog ravnotežnog položaja, a zatim skaču u novi ravnotežne pozicije u vrlo kratkim vremenskim intervalima, što dovodi do fluidnosti tekućine. Dakle, u tekućini molekule izvode uglavnom oscilatorna i translacijska kretanja. V čvrste tvari sile međudjelovanja među molekulama su toliko velike da je kinetička energija gibanja molekula mnogo manja od potencijalne energije njihove interakcije. Molekule izvode samo vibracije s malom amplitudom oko određenog konstantnog ravnotežnog položaja – mjesta kristalne rešetke.

Ta se udaljenost može procijeniti poznavanjem gustoće tvari i molarne mase. Koncentracija - broj čestica po jedinici volumena povezan je s gustoćom, molekulska masa i Avogadrov omjer brojeva.

Fizika. Molekule. Raspored molekula u plinovitom, tekućem i čvrstom razmaku.

U plinovitom stanju molekule nisu vezane jedna za drugu, one su jedna od druge na velikoj udaljenosti. Brownovo gibanje. Plin se relativno lako može komprimirati.
U tekućini, molekule su blizu jedna drugoj, vibriraju zajedno. Kompresija je gotovo nemoguća.
U krutom stanju - molekule su raspoređene u strogom redoslijedu (u kristalnim rešetkama), bilo kakvo kretanje molekula je odsutno. Neće podleći kompresiji.
Struktura materije i počeci kemije:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(bez registracije i SMS-poruka, u prikladnom tekstualnom formatu: možete koristiti Ctrl + C)
Ni na koji način se ne može složiti da se molekule ne kreću u čvrstom stanju.
Kretanje molekula u plinovima
U plinovima je udaljenost između molekula i atoma obično mnogo veća od veličine molekula, a sile privlačenja su vrlo male. Stoga plinovi nemaju svoj oblik i stalan volumen. Plinovi se lako komprimiraju jer su i sile odbijanja na velikim udaljenostima male. Plinovi imaju svojstvo neograničenog širenja, ispunjavajući cijeli volumen koji im se pruža. Molekule plina kreću se vrlo velikom brzinom, sudaraju se jedna s drugom, odbijaju se jedna od druge u različitim smjerovima. Brojni udari molekula na stijenke posude stvaraju tlak plina.

Kretanje molekula u tekućinama
U tekućinama, molekule ne samo da vibriraju oko ravnotežnog položaja, već i skaču iz jednog ravnotežnog položaja u susjedni. Ovi skokovi se javljaju povremeno. Vremenski interval između takvih skokova naziva se prosječnim sjedilačkim životom (ili prosječnim vremenom opuštanja) i označava se slovom?. Drugim riječima, vrijeme opuštanja je vrijeme titranja oko jednog određenog ravnotežnog položaja. Na sobnoj temperaturi ovo vrijeme je u prosjeku 10-11 s. Vrijeme jedne oscilacije je 10-1210-13 s.

Sjedeći život se smanjuje s povećanjem temperature. Udaljenost između molekula tekućine manja je od veličine molekula, čestice se nalaze blizu jedna drugoj, a međumolekularna privlačnost je velika. Međutim, raspored tekućih molekula nije strogo uređen u cijelom volumenu.
Tekućine, poput krutih tvari, zadržavaju svoj volumen, ali nemaju svoj oblik. Stoga poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Tekućina ima takvo svojstvo kao fluidnost. Zbog tog svojstva tekućina ne odoleva promjeni oblika, malo se skuplja, a fizička svojstva su joj u svim smjerovima unutar tekućine jednaka (izotropija tekućina). Po prvi put je karakter molekularnog gibanja u tekućinama ustanovio sovjetski fizičar Yakov Ilyich Frenkel (1894. 1952.).
Kretanje molekula u čvrstim tvarima
Molekule i atomi čvrste tvari raspoređeni su određenim redoslijedom i tvore kristalnu rešetku. Takve čvrste tvari nazivaju se kristalnim. Atomi osciliraju oko ravnotežnog položaja, a privlačnost među njima je vrlo velika. Stoga, u normalnim uvjetima, čvrste tvari zadržavaju svoj volumen i imaju svoje oblike.
U plinovitom kretanju nasumično, rezati
U tekućini-kreću se u skladu jedno s drugim
U čvrstom stanju, ne pomiču se.

Razmotrimo kako se mijenja projekcija rezultirajuće interakcijske sile između njih na ravnu liniju koja povezuje središta molekula, ovisno o udaljenosti između molekula. Ako se molekule nalaze na udaljenostima koje nekoliko puta premašuju njihovu veličinu, tada sile interakcije između njih praktički ne utječu. Sile interakcije između molekula su kratkog dometa.

Na udaljenostima većim od 2-3 promjera molekula, odbojna sila je praktički nula. Primjetna je samo sila gravitacije. Kako se udaljenost smanjuje, sila privlačenja raste, a istovremeno počinje utjecati i sila odbijanja. Ova sila raste vrlo brzo kada se elektronske ljuske molekula počnu preklapati.

Slika 2.10 grafički prikazuje ovisnost projekcije F r sile interakcije molekula s udaljenosti između njihovih središta. Na daljinu r 0, otprilike jednak iznosu radijusi molekula, F r = 0 , budući da je sila privlačenja po veličini jednaka sili odbijanja. Na r > r 0 između molekula postoji sila privlačenja. Projekcija sile koja djeluje na desnu molekulu je negativna. Na r < r 0 postoji odbojna sila s pozitivnom vrijednošću projekcije F r .

Postanak elastičnih sila

Ovisnost sila međudjelovanja molekula o udaljenosti između njih objašnjava pojavu elastične sile tijekom kompresije i napetosti tijela. Ako pokušate približiti molekule na udaljenost manju od r0, tada počinje djelovati sila koja sprječava približavanje. Naprotiv, kada se molekule udaljavaju jedna od druge, djeluje privlačna sila koja vraća molekule u prvobitni položaj nakon prestanka vanjskog utjecaja.

Uz mali pomak molekula iz ravnotežnih položaja, sile privlačenja ili odbijanja rastu linearno s povećanjem pomaka. Na malom presjeku, krivulja se može smatrati ravnim segmentom (zadebljani dio krivulje na slici 2.10). Zato se pri malim deformacijama iskazuje istinitim Hookeov zakon prema kojemu je elastična sila proporcionalna deformaciji. Kod velikih pomaka molekula, Hookeov zakon je već nepravedan.

Budući da deformacija tijela mijenja udaljenost između svih molekula, udio susjednih slojeva molekula čini beznačajan dio ukupne deformacije. Stoga je Hookeov zakon ispunjen s deformacijama koje su milijune puta veće od veličine molekula.

Mikroskop atomske sile

Mikroskop atomske sile (AFM) temelji se na djelovanju odbojnih sila između atoma i molekula na malim udaljenostima. Ovaj mikroskop, za razliku od tunelskog mikroskopa, omogućuje dobivanje slika nevodljivih struja površine. Umjesto volframovog vrha, AFM koristi mali komadić dijamanta, naoštren na atomske dimenzije. Ova krhotina je pričvršćena na tanki metalni držač. Kada se vrh približi površini koja se proučava, elektronski oblaci atoma dijamanata i površine počinju se preklapati i pojavljuju se odbojne sile. Ove sile skreću vrh dijamantnog vrha. Otklon se bilježi pomoću laserske zrake reflektirane od zrcala pričvršćenog na držač. Reflektirana zraka pokreće piezoelektrični manipulator, sličan manipulatoru tunelskog mikroskopa. Mehanizam povratne sprege osigurava da visina dijamantne igle iznad površine bude takva da savijanje ploče držača ostane nepromijenjeno.

Na slici 2.11 možete vidjeti AFM sliku polimernih lanaca aminokiseline alanina. Svaki tuberkul predstavlja jednu molekulu aminokiseline.

Trenutno su dizajnirani atomski mikroskopi čiji se dizajn temelji na djelovanju molekularnih sila privlačenja na udaljenostima nekoliko puta većim od dimenzija atoma. Te su sile oko 1000 puta manje od odbojnih sila u AFM-u. Stoga se za registriranje sila koristi složeniji osjetljivi sustav.

Atomi i molekule sastoje se od električno nabijenih čestica. Zbog djelovanja električnih sila na malim udaljenostima, molekule se privlače, ali se počinju odbijati kada se elektronske ljuske atoma preklapaju.