Jaka jest średnia odległość między cząsteczkami nasyconej pary wodnej? W jakim stanie Co określa pośrednią odległość między cząsteczkami?

Teoria kinetyki molekularnej wyjaśnia, że wszystkie substancje mogą istnieć w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym. Na przykład lód, woda i para wodna. Plazma jest często uważana za czwarty stan skupienia.

Zbiorcze stany skupienia(z łac agregować– dołączyć, połączyć) – stany tej samej substancji, pomiędzy którymi przejściami towarzyszy zmiana jej właściwości fizycznych. Jest to zmiana skupionych stanów materii.

We wszystkich trzech stanach cząsteczki tej samej substancji nie różnią się od siebie, zmienia się jedynie ich położenie, charakter ruchu termicznego i siły oddziaływania międzycząsteczkowego.

Ruch cząsteczek w gazach

W gazach odległość między cząsteczkami i atomami jest zwykle znacznie większa niż wielkość cząsteczek, a siły przyciągania są bardzo małe. Dlatego gazy nie mają własnego kształtu i stałej objętości. Gazy można łatwo sprężyć, ponieważ siły odpychania na dużych odległościach są również małe. Gazy mają właściwość rozszerzania się w nieskończoność, wypełniając całą dostarczoną im objętość. Cząsteczki gazu poruszają się z bardzo dużą prędkością, zderzają się ze sobą i odbijają się w różnych kierunkach. Powstają liczne uderzenia cząsteczek w ścianki naczynia ciśnienie gazu.

Ruch cząsteczek w cieczach

W cieczach cząsteczki nie tylko oscylują wokół położenia równowagi, ale także wykonują skoki z jednego położenia równowagi do drugiego. Skoki te występują okresowo. Nazywa się odstęp czasu między takimi skokami średni czas życia osiadłego(Lub średni czas relaksu) i jest oznaczony literą ?. Innymi słowy, czas relaksacji to czas oscylacji wokół jednego określonego położenia równowagi. W temperaturze pokojowej czas ten wynosi średnio 10 -11 s. Czas jednej oscylacji wynosi 10 -12 ... 10 -13 s.

Wraz ze wzrostem temperatury skraca się czas siedzącego trybu życia. Odległość między cząsteczkami cieczy jest mniejsza niż wielkość cząsteczek, cząstki znajdują się blisko siebie, a przyciąganie międzycząsteczkowe jest silne. Jednakże rozmieszczenie cząsteczek cieczy nie jest ściśle uporządkowane w całej objętości.

Ciecze, podobnie jak ciała stałe, zachowują swoją objętość, ale nie mają własnego kształtu. Dlatego przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Płyn ma następujące właściwości: płynność. Dzięki tej właściwości ciecz nie opiera się zmianie kształtu, jest lekko ściśnięta, a jej właściwości fizyczne są takie same we wszystkich kierunkach wewnątrz cieczy (izotropia cieczy). Naturę ruchu cząsteczek w cieczach po raz pierwszy ustalił radziecki fizyk Jakow Iljicz Frenkel (1894–1952).

Ruch cząsteczek w ciałach stałych

Cząsteczki i atomy ciała stałego są ułożone w określonej kolejności i formie sieci krystalicznej. Takie ciała stałe nazywane są krystalicznymi. Atomy wykonują ruchy wibracyjne wokół położenia równowagi, a przyciąganie między nimi jest bardzo silne. Dlatego ciała stałe w normalnych warunkach zachowują swoją objętość i mają swój własny kształt.

Fizyka

Oddziaływanie atomów i cząsteczek materii. Budowa ciał stałych, ciekłych i gazowych

Pomiędzy cząsteczkami substancji działają jednocześnie siły przyciągające i odpychające. Siły te w dużej mierze zależą od odległości między cząsteczkami.

Według badań eksperymentalnych i teoretycznych siły oddziaływania międzycząsteczkowego są odwrotnie proporcjonalne do n-tej potęgi odległości między cząsteczkami:

gdzie dla sił przyciągania n = 7 i dla sił odpychania .

Oddziaływanie dwóch cząsteczek można opisać za pomocą wykresu rzutu wypadkowych sił przyciągania i odpychania cząsteczek na odległość r pomiędzy ich środkami. Skierujmy oś r od cząsteczki 1, której środek pokrywa się z początkiem współrzędnych, do oddalonego od niej środka cząsteczki 2 (rys. 1).

Wtedy rzut siły odpychania cząsteczki 2 z cząsteczki 1 na oś r będzie dodatni. Rzut siły przyciągania cząsteczki 2 na cząsteczkę 1 będzie ujemny.

Siły odpychania (ryc. 2) są znacznie większe niż siły przyciągania na krótkich dystansach, ale zmniejszają się znacznie szybciej wraz ze wzrostem r. Siły przyciągania również szybko maleją wraz ze wzrostem r, tak że począwszy od pewnej odległości można pominąć oddziaływanie cząsteczek. Największa odległość rm, przy której cząsteczki nadal oddziałują, nazywana jest promieniem działania molekularnego .

Siły odpychające są równe siłom przyciągającym.

Odległość odpowiada stabilnej równowadze względnej pozycji cząsteczek.

W różnych stanach skupienia substancji odległość między jej cząsteczkami jest różna. Stąd różnica w oddziaływaniu siłowym cząsteczek i znacząca różnica w naturze ruchu cząsteczek gazów, cieczy i ciał stałych.

W gazach odległości między cząsteczkami są kilkakrotnie większe niż rozmiary samych cząsteczek. W efekcie siły oddziaływania pomiędzy cząsteczkami gazu są małe, a energia kinetyczna ruchu termicznego cząsteczek znacznie przewyższa energię potencjalną ich oddziaływania. Każda cząsteczka porusza się swobodnie od innych cząsteczek z ogromnymi prędkościami (setki metrów na sekundę), zmieniając kierunek i moduł prędkości podczas zderzenia z innymi cząsteczkami. Swobodna droga cząsteczek gazu zależy od ciśnienia i temperatury gazu. W normalnych warunkach.

W cieczach odległość między cząsteczkami jest znacznie mniejsza niż w gazach. Siły oddziaływania między cząsteczkami są duże, a energia kinetyczna ruchu cząsteczek jest proporcjonalna do energii potencjalnej ich interakcji, w wyniku czego cząsteczki cieczy oscylują wokół określonej pozycji równowagi, a następnie gwałtownie przeskakują do nowej pozycje równowagi po bardzo krótkich okresach czasu, co prowadzi do płynności cieczy. Zatem w cieczy cząsteczki wykonują głównie ruchy wibracyjne i translacyjne. W ciałach stałych siły oddziaływania między cząsteczkami są tak duże, że energia kinetyczna ruchu cząsteczek jest znacznie mniejsza niż energia potencjalna ich oddziaływania. Cząsteczki wykonują jedynie drgania o małej amplitudzie wokół pewnego stałego położenia równowagi – węzła sieci krystalicznej.

Odległość tę można oszacować znając gęstość substancji i masę molową. Koncentracja – liczba cząstek na jednostkę objętości jest powiązana z gęstością, masą molową i liczbą Avogadro za pomocą zależności.

Jaka jest średnia odległość między cząsteczkami nasyconej pary wodnej w temperaturze 100°C?

Zadanie nr 4.1.65 z „Zbioru zadań przygotowujących do egzaminów wstępnych z fizyki w USPTU”

Dany:

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

Rozwiązanie problemu:

Rozważmy parę wodną w dowolnej ilości równej \(\nu\) molowi. Aby wyznaczyć objętość \(V\) zajmowaną przez daną ilość pary wodnej, należy skorzystać z równania Clapeyrona-Mendelejewa:

W tym wzorze \(R\) jest uniwersalną stałą gazową równą 8,31 J/(mol · K). Ciśnienie nasyconej pary wodnej \(p\) w temperaturze 100°C wynosi 100 kPa, jest to fakt znany i każdy student powinien o tym wiedzieć.

Aby określić liczbę cząsteczek pary wodnej \(N\), używamy następującego wzoru:

Tutaj \(N_A\) jest liczbą Avogadro równą 6,023·10 23 1/mol.

Wtedy dla każdej cząsteczki przypada sześcian objętości \(V_0\), oczywiście określony wzorem:

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

\[(V_0) = \frac((\nu RT))((p\nu (nie dotyczy))) = \frac((RT))((p(nie dotyczy)))\]

Teraz spójrz na diagram problemu. Każda cząsteczka jest warunkowo umieszczona we własnym sześcianie, odległość między dwiema cząsteczkami może zmieniać się od 0 do \(2d\), gdzie \(d\) jest długością krawędzi sześcianu. Średnia odległość \(l\) będzie równa długości krawędzi sześcianu \(d\):

Długość krawędzi \(d\) można znaleźć w następujący sposób:

W rezultacie otrzymujemy następującą formułę:

Przeliczmy temperaturę na skalę Kelvina i obliczmy odpowiedź:

Odpowiedź: 3,72 nm.

Jeśli nie rozumiesz rozwiązania i masz jakieś pytania lub znalazłeś błąd, nie wahaj się zostawić komentarza poniżej.

Zastanówmy się, jak zmienia się rzut powstałej siły oddziaływania między nimi na linię prostą łączącą środki cząsteczek w zależności od odległości między cząsteczkami. Jeśli cząsteczki znajdują się w odległościach kilkakrotnie większych niż ich rozmiary, wówczas siły oddziaływania między nimi praktycznie nie mają żadnego wpływu. Siły oddziaływania pomiędzy cząsteczkami mają charakter krótkotrwały.

Na odległościach przekraczających 2-3 średnice molekularne siła odpychania jest praktycznie zerowa. Zauważalna jest tylko siła przyciągania. Wraz ze zmniejszaniem się odległości wzrasta siła przyciągania i jednocześnie zaczyna oddziaływać siła odpychania. Siła ta wzrasta bardzo szybko, gdy powłoki elektronowe cząsteczek zaczynają się na siebie nakładać.

Rysunek 2.10 przedstawia graficznie zależność projekcji F R siły oddziaływania cząsteczek na odległość między ich środkami. Na odległość R 0, w przybliżeniu równe sumie promieni molekularnych, F R = 0 , ponieważ siła przyciągania jest równa sile odpychania. Na R > R 0 pomiędzy cząsteczkami istnieje siła przyciągania. Rzut siły działającej na prawą cząsteczkę jest ujemny. Na R < R 0 istnieje siła odpychająca o dodatniej wartości projekcji F R .

Pochodzenie sił sprężystych

Zależność sił oddziaływania między cząsteczkami od odległości między nimi wyjaśnia pojawienie się siły sprężystości podczas ściskania i rozciągania ciał. Jeśli spróbujesz zbliżyć cząsteczki na odległość mniejszą niż r0, wówczas zacznie działać siła, która uniemożliwia zbliżenie. I odwrotnie, gdy cząsteczki oddalają się od siebie, działa siła przyciągająca, która po ustaniu wpływu zewnętrznego przywraca cząsteczki do ich pierwotnych pozycji.

Przy niewielkim przemieszczeniu cząsteczek z położeń równowagi siły przyciągania lub odpychania rosną liniowo wraz ze wzrostem przemieszczenia. Na małym obszarze krzywą można uznać za odcinek prosty (pogrubiony odcinek krzywej na ryc. 2.10). Dlatego przy małych odkształceniach sprawdza się prawo Hooke’a, zgodnie z którym siła sprężystości jest proporcjonalna do odkształcenia. Przy dużych przemieszczeniach molekularnych prawo Hooke'a przestaje obowiązywać.

Ponieważ odległości między wszystkimi cząsteczkami zmieniają się, gdy ciało ulega deformacji, sąsiednie warstwy cząsteczek odpowiadają za niewielką część całkowitego odkształcenia. Dlatego prawo Hooke'a jest spełnione przy odkształceniach miliony razy większych niż rozmiar cząsteczek.

Mikroskop sił atomowych

Urządzenie mikroskopu sił atomowych (AFM) opiera się na działaniu sił odpychających pomiędzy atomami i cząsteczkami na krótkich dystansach. Mikroskop ten, w odróżnieniu od mikroskopu tunelowego, umożliwia uzyskanie obrazów powierzchni, które nie przewodzą prądu elektrycznego. Zamiast wolframowej końcówki AFM wykorzystuje mały fragment diamentu, zaostrzony do rozmiarów atomowych. Fragment ten osadzony jest na cienkim metalowym uchwycie. Gdy końcówka zbliża się do badanej powierzchni, chmury elektronów diamentu i atomów powierzchniowych zaczynają się na siebie nakładać i powstają siły odpychające. Siły te odchylają końcówkę końcówki diamentowej. Odchylenie rejestrowane jest za pomocą wiązki lasera odbitej od lustra zamontowanego na uchwycie. Odbita wiązka napędza manipulator piezoelektryczny, podobny do manipulatora mikroskopu tunelowego. Mechanizm sprzężenia zwrotnego zapewnia taką wysokość igły diamentowej nad powierzchnią, że wygięcie płytki uchwytu pozostaje niezmienione.

Na rysunku 2.11 widać obraz AFM łańcuchów polimerowych aminokwasu alaniny. Każdy guzek reprezentuje jedną cząsteczkę aminokwasu.

Obecnie skonstruowano mikroskopy atomowe, których konstrukcja opiera się na działaniu molekularnych sił przyciągania w odległościach kilkakrotnie większych niż wielkość atomu. Siły te są około 1000 razy mniejsze niż siły odpychające w AFM. Dlatego do rejestrowania sił stosuje się bardziej złożony system wykrywania.

Atomy i cząsteczki składają się z cząstek naładowanych elektrycznie. W wyniku działania sił elektrycznych na krótkich dystansach cząsteczki są przyciągane, ale zaczynają się odpychać, gdy powłoki elektronowe atomów zachodzą na siebie.

Fizyka. Cząsteczki. Układ cząsteczek w odległościach gazowych, ciekłych i stałych.

W stanie gazowym cząsteczki nie są ze sobą połączone i znajdują się w dużej odległości od siebie. Ruch Browna. Gaz można stosunkowo łatwo sprężyć.
W cieczy cząsteczki znajdują się blisko siebie i razem wibrują. Prawie niemożliwe do skompresowania.
W ciele stałym cząsteczki są ułożone w ściśle określonej kolejności (w sieciach krystalicznych) i nie ma ruchu molekularnego. Nie można skompresować.
Budowa materii i początki chemii:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(bez rejestracji i wiadomości SMS, w wygodnym formacie tekstowym: możesz użyć Ctrl+C)
Nie sposób zgodzić się z twierdzeniem, że w stanie stałym cząsteczki się nie poruszają.
Ruch cząsteczek w gazach
W gazach odległość między cząsteczkami i atomami jest zwykle znacznie większa niż wielkość cząsteczek, a siły przyciągania są bardzo małe. Dlatego gazy nie mają własnego kształtu i stałej objętości. Gazy można łatwo sprężyć, ponieważ siły odpychania na dużych odległościach są również małe. Gazy mają właściwość rozszerzania się w nieskończoność, wypełniając całą dostarczoną im objętość. Cząsteczki gazu poruszają się z bardzo dużą prędkością, zderzają się ze sobą i odbijają się w różnych kierunkach. Liczne uderzenia cząsteczek w ścianki naczynia powodują powstanie ciśnienia gazu.

Ruch cząsteczek w cieczach
W cieczach cząsteczki nie tylko oscylują wokół położenia równowagi, ale także wykonują skoki z jednego położenia równowagi do drugiego. Skoki te występują okresowo. Okres pomiędzy takimi skokami nazywany jest średnim czasem siedzącego trybu życia (lub średnim czasem relaksu) i jest oznaczony literą ?. Innymi słowy, czas relaksacji to czas oscylacji wokół jednego określonego położenia równowagi. W temperaturze pokojowej czas ten wynosi średnio 10-11 sekund. Czas jednego oscylacji wynosi 10-1210-13 s.

Wraz ze wzrostem temperatury skraca się czas siedzącego trybu życia. Odległość między cząsteczkami cieczy jest mniejsza niż wielkość cząsteczek, cząstki znajdują się blisko siebie, a przyciąganie międzycząsteczkowe jest silne. Jednakże rozmieszczenie cząsteczek cieczy nie jest ściśle uporządkowane w całej objętości.
Ciecze, podobnie jak ciała stałe, zachowują swoją objętość, ale nie mają własnego kształtu. Dlatego przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Ciecz ma właściwość płynności. Dzięki tej właściwości ciecz nie opiera się zmianie kształtu, jest lekko ściśnięta, a jej właściwości fizyczne są takie same we wszystkich kierunkach wewnątrz cieczy (izotropia cieczy). Naturę ruchu cząsteczek w cieczach po raz pierwszy ustalił radziecki fizyk Jakow Iljicz Frenkel (1894-1952).
Ruch cząsteczek w ciałach stałych
Cząsteczki i atomy ciała stałego są ułożone w określonej kolejności i tworzą sieć krystaliczną. Takie ciała stałe nazywane są krystalicznymi. Atomy wykonują ruchy wibracyjne wokół położenia równowagi, a przyciąganie między nimi jest bardzo silne. Dlatego ciała stałe w normalnych warunkach zachowują swoją objętość i mają swój własny kształt.
W gazie - poruszają się losowo, włączają się
W płynie - poruszaj się zgodnie ze sobą
W ciałach stałych nie poruszają się.

Wiele zjawisk naturalnych wskazuje na chaotyczny ruch mikrocząstek, cząsteczek i atomów materii. Im wyższa temperatura substancji, tym intensywniejszy jest ten ruch. Dlatego ciepło ciała jest odbiciem losowego ruchu tworzących go cząsteczek i atomów.

Dowodem na to, że wszystkie atomy i cząsteczki substancji znajdują się w ciągłym i przypadkowym ruchu, może być dyfuzja - wzajemne przenikanie się cząstek jednej substancji w drugą (patrz ryc. 20a). Dzięki temu zapach szybko rozprzestrzenia się po całym pomieszczeniu, nawet przy braku ruchu powietrza. Kropla atramentu szybko powoduje, że cała szklanka wody staje się jednolicie czarna, choć wydawałoby się, że grawitacja powinna pomóc w zabarwieniu szklanki tylko w kierunku od góry do dołu. Dyfuzję można również wykryć w ciałach stałych, jeśli są one ściśle ściśnięte i pozostawione na dłuższy czas. Zjawisko dyfuzji pokazuje, że mikrocząstki substancji są zdolne do spontanicznego ruchu we wszystkich kierunkach. Ten ruch mikrocząstek substancji, a także jej cząsteczek i atomów nazywa się ruchem termicznym.

Oczywiście wszystkie cząsteczki wody w szkle poruszają się, nawet jeśli nie ma w nim kropli atramentu. Po prostu dyfuzja atramentu sprawia, że zauważalny jest ruch termiczny cząsteczek. Innym zjawiskiem, które pozwala obserwować ruch termiczny, a nawet ocenić jego charakterystykę, mogą być ruchy Browna, które odnoszą się do chaotycznego ruchu dowolnych najmniejszych cząstek w całkowicie spokojnej cieczy widocznej pod mikroskopem. Został nazwany Brownian na cześć angielskiego botanika R. Browna, który w 1827 roku badając pod mikroskopem zarodniki pyłku jednej z roślin zawieszonych w wodzie, odkrył, że poruszają się one w sposób ciągły i chaotyczny.

Obserwację Browna potwierdziło wielu innych naukowców. Okazało się, że ruchy Browna nie są związane ani z przepływami cieczy, ani z jej stopniowym parowaniem. Najmniejsze cząstki (nazywano je również Brownianami) zachowywały się tak, jakby były żywe, a ten „taniec” cząstek przyspieszał wraz z podgrzewaniem cieczy i zmniejszaniem się wielkości cząstek i odwrotnie, zwalniał przy wymianie wody na bardziej lepką średni. Ruchy Browna były szczególnie zauważalne, gdy obserwowano je w gazie, na przykład podążając za cząstkami dymu lub kropelkami mgły w powietrzu. To niesamowite zjawisko nigdy się nie zatrzymało i można je było obserwować tak długo, jak było to pożądane.

Wyjaśnienie ruchów Browna podano dopiero w ostatniej ćwierci XIX wieku, kiedy dla wielu naukowców stało się oczywiste, że ruch cząstki Browna powodowany jest przypadkowymi uderzeniami cząsteczek ośrodka (cieczy lub gazu) podlegającego ruchowi termicznemu ( patrz rys. 20b). Przeciętnie cząsteczki ośrodka uderzają w cząstkę Browna ze wszystkich kierunków z równą siłą, jednak uderzenia te nigdy się dokładnie nie znoszą, w wyniku czego prędkość cząstki Browna zmienia się losowo pod względem wielkości i kierunku. Dlatego cząstka Browna porusza się po zygzakowatej ścieżce. Co więcej, im mniejszy rozmiar i masa cząstki Browna, tym bardziej zauważalny staje się jej ruch.

W 1905 roku A. Einstein stworzył teorię ruchów Browna wierząc, że w danym momencie przyspieszenie cząstki Browna zależy od liczby zderzeń z cząsteczkami ośrodka, czyli zależy od liczby cząsteczek przypadających na jednostkę objętość medium, tj. z liczby Avogadra. Einstein wyprowadził wzór, dzięki któremu można było obliczyć, jak zmienia się średni kwadrat przemieszczenia cząstki Browna w czasie, jeśli zna się temperaturę ośrodka, jego lepkość, wielkość cząstki i liczbę Avogadra, która wciąż nieznane wówczas. Ważność tej teorii Einsteina została potwierdzona eksperymentalnie przez J. Perrina, który jako pierwszy uzyskał wartość liczby Avogadro. W ten sposób analiza ruchów Browna położyła podwaliny pod współczesną molekularną teorię kinetyki budowy materii.

Przejrzyj pytania:

· Czym jest dyfuzja i jaki ma związek z termicznym ruchem cząsteczek?

· Co nazywa się ruchami Browna i czy jest to ruch termiczny?

· Jak zmienia się natura ruchów Browna pod wpływem ogrzewania?

Ryż. 20. (a) – w górnej części przedstawiono cząsteczki dwóch różnych gazów oddzielonych przegrodą, która jest usuwana (patrz dolna część), po czym rozpoczyna się dyfuzja; (b) w lewym dolnym rogu schematyczne przedstawienie cząstki Browna (kolor niebieski), otoczonej cząsteczkami ośrodka, z którymi zderzenia powodują ruch cząstki (patrz trzy trajektorie cząstki).

§ 21. SIŁY MIĘDZYCZĄSTECZKOWE: BUDOWA CIAŁ GAZOWYCH, CIEKŁYCH I STAŁYCH

Przyzwyczailiśmy się, że ciecz można przelewać z jednego naczynia do drugiego, a gaz szybko wypełnia całą dostarczoną mu objętość. Woda może płynąć tylko korytem rzeki, a powietrze nad nią nie zna granic. Gdyby gaz nie próbował zająć całej przestrzeni wokół nas, udusilibyśmy się, bo... Wydychany dwutlenek węgla gromadziłby się w pobliżu nas, uniemożliwiając nam zaczerpnięcie świeżego powietrza. Tak, i samochody wkrótce miały się zatrzymać z tego samego powodu, bo... Potrzebują także tlenu do spalania paliwa.

Dlaczego gaz, w przeciwieństwie do cieczy, wypełnia całą dostarczoną mu objętość? Pomiędzy wszystkimi cząsteczkami istnieją międzycząsteczkowe siły przyciągania, których wielkość maleje bardzo szybko w miarę oddalania się cząsteczek od siebie, dlatego w odległości równej kilku średnicom cząsteczek w ogóle nie oddziałują. Łatwo wykazać, że odległość między sąsiednimi cząsteczkami gazu jest wielokrotnie większa niż odległość między cieczami. Korzystając ze wzoru (19.3) i znając gęstość powietrza (r=1,29 kg/m3) pod ciśnieniem atmosferycznym oraz jego masę molową (M=0,029 kg/mol), możemy obliczyć średnią odległość pomiędzy cząsteczkami powietrza, która będzie równa 6.1.10- 9 m, czyli dwudziestokrotność odległości między cząsteczkami wody.

Zatem pomiędzy cząsteczkami cieczy znajdującymi się prawie blisko siebie działają siły przyciągające, zapobiegając rozpraszaniu tych cząsteczek w różnych kierunkach. Wręcz przeciwnie, nieznaczne siły przyciągania między cząsteczkami gazu nie są w stanie utrzymać ich razem, dlatego gazy mogą się rozszerzać, wypełniając całą zapewnioną im objętość. Istnienie międzycząsteczkowych sił przyciągania można sprawdzić wykonując prosty eksperyment - dociskając do siebie dwa ołowiane pręty. Jeśli powierzchnie styku będą wystarczająco gładkie, pręty będą się sklejać i trudno będzie je rozdzielić.

Jednak same międzycząsteczkowe siły przyciągania nie są w stanie wyjaśnić wszystkich różnic między właściwościami substancji gazowych, ciekłych i stałych. Dlaczego na przykład bardzo trudno jest zmniejszyć objętość cieczy lub ciała stałego, a stosunkowo łatwo skompresować balon? Wyjaśnia to fakt, że między cząsteczkami występują nie tylko siły przyciągające, ale także międzycząsteczkowe siły odpychające, które działają, gdy powłoki elektronowe atomów sąsiednich cząsteczek zaczynają się nakładać. To właśnie te siły odpychające uniemożliwiają przedostanie się jednej cząsteczki do objętości już zajmowanej przez inną cząsteczkę.

Gdy na ciało ciekłe lub stałe nie działają żadne siły zewnętrzne, odległość między ich cząsteczkami jest taka (patrz r0 na ryc. 21a), przy której wypadkowe siły przyciągania i odpychania są równe zeru. Jeśli spróbujesz zmniejszyć objętość ciała, odległość między cząsteczkami maleje, a wynikające z tego zwiększone siły odpychania zaczynają działać od strony ściśniętego ciała. I odwrotnie, gdy ciało jest rozciągane, powstające siły sprężystości są związane ze względnym wzrostem sił przyciągania, ponieważ kiedy cząsteczki oddalają się od siebie, siły odpychające spadają znacznie szybciej niż siły przyciągające (patrz ryc. 21a).

Cząsteczki gazu znajdują się w odległościach kilkudziesięciu razy większych niż ich rozmiary, w wyniku czego cząsteczki te nie oddziałują ze sobą, dlatego gazy ulegają znacznie łatwiejszej kompresji niż ciecze i ciała stałe. Gazy nie mają żadnej specyficznej budowy i są zbiorem poruszających się i zderzających cząsteczek (patrz rys. 21b).

Ciecz to zbiór cząsteczek, które prawie blisko siebie sąsiadują (patrz ryc. 21c). Ruch termiczny pozwala cząsteczce cieczy od czasu do czasu zmieniać swoich sąsiadów, przeskakując z jednego miejsca na drugie. To wyjaśnia płynność cieczy.

Atomy i cząsteczki ciał stałych pozbawione są zdolności do zmiany sąsiadów, a ich ruch termiczny polega jedynie na niewielkich wahaniach w stosunku do położenia sąsiednich atomów lub cząsteczek (patrz rys. 21d). Interakcja między atomami może prowadzić do tego, że ciało stałe staje się kryształem, a znajdujące się w nim atomy zajmują pozycje w miejscach sieci krystalicznej. Ponieważ cząsteczki ciał stałych nie poruszają się względem swoich sąsiadów, ciała te zachowują swój kształt.

Przejrzyj pytania:

· Dlaczego cząsteczki gazu nie przyciągają się nawzajem?

· Jakie właściwości ciał determinują międzycząsteczkowe siły odpychania i przyciągania?

Jak wytłumaczyć płynność cieczy?

· Dlaczego wszystkie ciała stałe zachowują swój kształt?

§ 22. GAZ IDEALNY. PODSTAWOWE RÓWNANIA MOLEKULARNO-KINETYCZNEJ TEORII GAZÓW.