Fisika. Molekul. Susunan molekul dalam jarak gas, cair dan padat.
- Dalam keadaan gas, molekul-molekul tidak terhubung satu sama lain, mereka berada pada jarak yang sangat jauh satu sama lain. gerak Brown. Gas dapat dikompresi dengan relatif mudah.
Dalam cairan, molekul-molekulnya berdekatan, bergetar bersama. Hampir tidak bisa ditekan.
Dalam padatan - molekul diatur dalam urutan yang ketat (dalam kisi kristal), tidak ada pergerakan molekul. Kompresi tidak akan menyerah. - Struktur materi dan awal mula kimia:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(tanpa registrasi dan pesan SMS, dalam format teks yang nyaman: Anda dapat menggunakan Ctrl+C) - Sama sekali tidak mungkin untuk setuju bahwa dalam keadaan padat, molekul-molekul tidak bergerak.
Pergerakan molekul dalam gas
Dalam gas, jarak antara molekul dan atom biasanya jauh lebih besar daripada ukuran molekul, dan gaya tarik menarik sangat kecil. Oleh karena itu, gas tidak memiliki bentuk dan volumenya sendiri. Gas mudah dikompresi karena gaya tolak menolak pada jarak yang jauh juga kecil. Gas memiliki sifat mengembang tanpa batas, mengisi seluruh volume yang disediakan untuk mereka. Molekul gas bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi, saling bertabrakan, saling memantul ke arah yang berbeda. Banyak dampak molekul pada dinding bejana menciptakan tekanan gas.
Pergerakan molekul dalam zat cair
Dalam cairan, molekul tidak hanya berosilasi di sekitar posisi setimbang, tetapi juga melompat dari satu posisi setimbang ke posisi setimbang berikutnya. Lompatan ini terjadi secara berkala. Interval waktu antara lompatan tersebut disebut waktu rata-rata kehidupan menetap (atau waktu relaksasi rata-rata) dan dilambangkan dengan huruf?. Dengan kata lain, waktu relaksasi adalah waktu osilasi di sekitar satu posisi kesetimbangan tertentu. Pada suhu kamar, waktu ini rata-rata 10-11 detik. Waktu satu getaran adalah 10-1210-13 s.
Waktu kehidupan menetap berkurang dengan meningkatnya suhu. Jarak antar molekul cair lebih kecil dari ukuran molekul, partikel saling berdekatan, dan gaya tarik antarmolekul besar. Namun, susunan molekul cair tidak diatur secara ketat di seluruh volume.
Cairan, seperti padatan, mempertahankan volumenya, tetapi tidak memiliki bentuknya sendiri. Oleh karena itu, mereka mengambil bentuk kapal di mana mereka berada. Cairan memiliki sifat fluiditas. Karena sifat ini, cairan tidak menolak perubahan bentuk, memampatkan sedikit, dan sifat fisiknya sama di semua arah di dalam cairan (isotropi cair). Sifat gerak molekuler dalam cairan pertama kali ditetapkan oleh fisikawan Soviet Yakov Ilyich Frenkel (1894-1952).
Pergerakan molekul dalam zat padat
Molekul dan atom dari benda padat tersusun dalam urutan tertentu dan membentuk kisi kristal. Padatan seperti itu disebut kristal. Atom-atom berosilasi tentang posisi kesetimbangan, dan daya tarik di antara mereka sangat kuat. Oleh karena itu, benda padat dalam kondisi normal mempertahankan volumenya dan memiliki bentuknya sendiri.
- Dalam gas-bergerak secara acak, potong
Dalam cairan-bergerak sejalan satu sama lain
Dalam padat - jangan bergerak.
Topik: Tiga keadaan materi
saya pilihan
SAYA.Bagaimana molekul diatur dalam padatan dan bagaimana mereka bergerak?
Molekul terletak pada jarak yang lebih kecil dari dimensi molekul itu sendiri dan bergerak bebas relatif satu sama lain. Molekul terletak pada jarak yang jauh satu sama lain (dibandingkan dengan ukuran molekul) dan bergerak secara acak. Molekul diatur dalam urutan yang ketat dan bergetar di sekitar posisi kesetimbangan tertentu.
II.Manakah dari sifat-sifat berikut yang termasuk gas?
Memiliki volume tertentu Menempati volume seluruh kapal Ambil bentuk kapal Sedikit dikompresi Mudah dikompres
AKU AKU AKU.Akankah volume gas berubah jika dipompa dari bejana dengan kapasitas1 literdalam wadah 2 liter?
IV. Molekul terletak pada jarak yang jauh satu sama lain (dalam kaitannya dengan ukuran molekul), berinteraksi dengan lemah satu sama lain, dan bergerak secara acak. Apa tubuh ini?
Gas Padat Cair Tidak ada tubuh seperti itu
v.Bagaimana keadaan bajanya?
Hanya dalam wujud padat Hanya dalam wujud cair Hanya dalam wujud gas Di ketiga wujud
Topik: Tiga keadaan materi
pilihan II
SAYA.Bagaimana susunan molekul zat cair dan bagaimana gerakannya?
Molekul terletak pada jarak yang sepadan dengan ukuran molekul itu sendiri, dan bergerak bebas relatif satu sama lain. Molekul terletak pada jarak yang jauh (dibandingkan dengan ukuran molekul) dari satu sama lain dan bergerak secara acak. Molekul diatur dalam urutan yang ketat dan bergetar di sekitar posisi kesetimbangan tertentu.
II.Manakah dari sifat-sifat berikut yang termasuk gas?
Menempati seluruh volume yang disediakan untuk mereka Sulit untuk dikompres Memiliki struktur kristal Mudah untuk dikompresi Tidak memiliki bentuk sendiri
AKU AKU AKU.Sebuah gelas berisi air 100 cm3. Itu dituangkan ke dalam gelas dengan kapasitas 200 cm3. Apakah volume air akan berubah?
IV. Molekul tersusun rapat, sangat tertarik satu sama lain, setiap molekul berosilasi di sekitar posisi tertentu. Apa tubuh ini?
Gas Cair Benda padat Tidak ada benda seperti itu
v.Dalam keadaan apa air bisa berada?
Hanya dalam wujud cair Hanya dalam wujud gas Hanya dalam wujud padat Di ketiga wujud
Topik: Tiga keadaan materi
III pilihan
SAYA.Bagaimana molekul gas diatur dan bagaimana mereka bergerak?
Molekul terletak pada jarak yang lebih kecil dari ukuran molekul itu sendiri, dan bergerak bebas relatif satu sama lain. Molekul terletak pada jarak berkali-kali ukuran molekul itu sendiri, dan bergerak secara acak. Molekul diatur dalam urutan yang ketat dan bergetar di sekitar posisi tertentu.
II.Manakah dari sifat-sifat berikut yang termasuk benda padat?
Sulit untuk mengubah bentuk Menempati seluruh volume yang disediakan untuk mereka Mempertahankan bentuk yang konstan Mudah mengubah bentuk Sulit untuk dikompres
AKU AKU AKU.Apakah volume gas akan berubah jika dipompa dari silinder berkapasitas 20 liter ke silinder berkapasitas 0,40 liter?
Naik 2 kali Turun 2 kali Tidak ada perubahan
IV. Apakah ada zat di mana molekul-molekulnya terletak pada jarak yang jauh, sangat tertarik satu sama lain dan berosilasi di sekitar posisi tertentu?
Gas Cair Padat Tidak ada zat seperti itu
v.Bagaimana keadaan merkuri?
Hanya dalam cairan Hanya dalam padatan Hanya dalam gas Ketiga keadaan
Topik: Tiga keadaan materi
Opsi IV
SAYA. Di bawah ini adalah perilaku molekul dalam benda padat, cair dan gas. Apa yang umum untuk cairan dan gas?
Fakta bahwa molekul terletak pada jarak yang lebih kecil dari ukuran molekul itu sendiri dan bergerak bebas relatif satu sama lain Bahwa molekul terletak pada jarak yang jauh dari satu sama lain dan bergerak secara acak Molekul bergerak secara acak relatif satu sama lain Bahwa molekulnya diatur dalam urutan yang ketat dan berosilasi di dekat posisi tertentu
II.Manakah dari sifat-sifat berikut yang termasuk benda padat?
Memiliki volume tertentu Menempati volume seluruh kapal Ambil bentuk kapal Sedikit dikompresi Mudah dikompres
AKU AKU AKU.Botol berisi 0,5 liter air. Itu dituangkan ke dalam labu dengan kapasitas 1 liter. Apakah volume air akan berubah?
Peningkatan Penurunan Tidak ada perubahan
IV. Molekul-molekul diatur sedemikian rupa sehingga jarak antara mereka kurang dari ukuran molekul itu sendiri. Mereka sangat tertarik satu sama lain dan berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Apa tubuh ini?
Gas Cair Padat
v.Dalam keadaan apa alkohol bisa berada?
Hanya dalam wujud padat Hanya dalam wujud cair Hanya dalam wujud gas Di ketiga wujud
Jawaban untuk tes
saya pilihan II - 2, 5 | pilihan II II - 1, 4, 5 | III pilihan II - 1, 3, 5 | Opsi IV II - 1, 4 |
Molekul dan atom dari benda padat diatur dalam urutan dan bentuk tertentu kisi kristal. Padatan seperti itu disebut kristal. Atom-atom berosilasi tentang posisi kesetimbangan, dan daya tarik di antara mereka sangat kuat. Oleh karena itu, benda padat dalam kondisi normal mempertahankan volume dan memiliki bentuknya sendiri.
Kesetimbangan termal adalah keadaan sistem termodinamika yang dilaluinya secara spontan setelah periode waktu yang cukup lama di bawah kondisi isolasi dari lingkungan.
Suhu adalah besaran fisika yang mencirikan energi kinetik rata-rata partikel suatu sistem makroskopik dalam keadaan kesetimbangan termodinamika. Dalam keadaan setimbang, suhu memiliki nilai yang sama untuk semua bagian makroskopik sistem.
Derajat Celsius(simbol: °C) adalah satuan umum suhu yang digunakan dalam Satuan Sistem Internasional (SI) bersama dengan kelvin.
Termometer medis merkuri
Termometer mekanik
Derajat Celcius dinamai ilmuwan Swedia Anders Celcius, yang pada tahun 1742 mengusulkan skala baru untuk mengukur suhu. Nol pada skala Celcius adalah titik leleh es, dan 100 ° adalah titik didih air pada tekanan atmosfer standar. (Awalnya, Celcius mengambil suhu leleh es sebagai 100 °, dan titik didih air sebagai 0 °. Dan baru kemudian kontemporer Carl Linnaeus "membalikkan" skala ini). Skala ini linier dalam rentang 0-100 ° dan juga berlanjut secara linier di wilayah di bawah 0 ° dan di atas 100 °. Linearitas adalah masalah utama dengan pengukuran suhu yang akurat. Cukuplah untuk menyebutkan bahwa termometer klasik yang diisi dengan air tidak dapat ditandai untuk suhu di bawah 4 derajat Celcius, karena dalam kisaran ini air mulai memuai lagi.
Definisi asli derajat Celcius bergantung pada definisi tekanan atmosfer standar, karena titik didih air dan titik leleh es bergantung pada tekanan. Ini sangat tidak nyaman untuk membakukan satuan ukuran. Oleh karena itu, setelah adopsi kelvin K sebagai satuan dasar suhu, definisi derajat Celcius direvisi.
Menurut definisi modern, satu derajat Celcius sama dengan satu kelvin K, dan nol skala Celcius diatur sehingga suhu titik tripel air adalah 0,01 °C. Akibatnya, skala Celcius dan Kelvin digeser sebesar 273,15:
26)gas ideal- model matematika gas, di mana diasumsikan bahwa energi potensial dari interaksi molekul dapat diabaikan dibandingkan dengan energi kinetiknya. Gaya tarik-menarik atau tolak menolak antar molekul tidak terjadi, tumbukan partikel antara partikel itu sendiri dan dengan dinding bejana bersifat lenting mutlak, dan waktu interaksi antar molekul sangat kecil dibandingkan dengan waktu rata-rata antar tumbukan.
Di mana k adalah konstanta Boltzmann (perbandingan konstanta gas universal R ke bilangan Avogadro tidak ada), saya- jumlah derajat kebebasan molekul (dalam sebagian besar masalah tentang gas ideal, di mana molekul dianggap sebagai bola berjari-jari kecil, analog fisiknya dapat berupa gas inert), dan T adalah suhu mutlak.
Persamaan dasar MKT menghubungkan parameter makroskopik (tekanan, volume, suhu) sistem gas dengan parameter mikroskopis (massa molekul, kecepatan rata-rata pergerakannya).
Universitas Inovasi Negeri Rusia
teknologi dan kewirausahaan
Cabang Penza
Departemen ilmu alam
abstrak
Dalam disiplin "Konsep ilmu alam modern"
Topik: "Model ide tentang struktur cairan, gas dan kristal"
Diisi oleh: mahasiswa gr. 10E1 A. Antoshkina
Diperiksa oleh: Associate Professor G. V. Surovitskaya
Penza 2010
Isi
pengantar
Bab 1
1.1 Konsep cairan
1.3 Sifat cair
Bab 2. Gas
2.1 Konsep gas
2.2 Pergerakan molekul
2.3 Sifat gas
bagian 3
3.1 Konsep kristal
3.2.jenis kisi kristal
3.3. Sifat kristal, bentuk dan syngony
Kesimpulan
Bibliografi
pengantar
Menurut sensasi yang ditimbulkan oleh berbagai zat (badan zat) dalam indera manusia, mereka semua dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama: gas, cair dan kristal (padat).
Gas tidak memiliki permukaan dan volumenya sendiri. Mereka sepenuhnya menempati kapal di mana mereka berada. Gas memiliki kemampuan yang tidak terbatas untuk memuai dengan meningkatnya suhu dan penurunan tekanan. Jarak antara molekul dalam gas berkali-kali lebih besar daripada dimensi molekul itu sendiri, dan interaksi di antara mereka, yang disebut interaksi antarmolekul, lemah, dan molekul dalam gas bergerak hampir secara independen satu sama lain. Susunan partikel dalam gas hampir sepenuhnya acak (chaotic).
Kristal, seperti semua padatan, memiliki permukaan yang memisahkannya dari padatan lain, dan volume yang sesuai dengannya, yang tidak berubah (lebih tepatnya, sedikit berubah) di medan gravitasi. Jarak antara partikel dalam kristal jauh lebih kecil daripada di gas, dan interaksi antarmolekul atau antaratom (jika kristal dibangun dari atom satu unsur) jauh lebih kuat daripada di gas dan cairan. Partikel dalam kristal didistribusikan dalam urutan teratur yang cukup ketat, membentuk kisi kristal. Partikel-partikel yang membentuk kisi kristal relatif tetap kuat di tempatnya. Ciri khas kristal adalah bahwa sifat mereka tidak sama dalam arah yang berbeda. Fenomena ini disebut properti anisotropi.
Cairan menggabungkan banyak sifat dari keadaan gas dan kristal. Mereka memiliki permukaan dan volume, yang dipengaruhi oleh perubahan posisi bejana dengan cairan di medan gravitasi. Cairan dalam medan gravitasi menempati bagian bawah bejana di mana ia berada. Molekul-molekul dalam zat cair saling berhubungan oleh gaya antarmolekul yang jauh lebih kuat daripada dalam gas. Urutan susunan partikel dalam zat cair juga jauh lebih tinggi daripada dalam gas. Dalam beberapa cairan, misalnya dalam air, beberapa volume yang sangat kecil memiliki orde yang mendekati orde dalam kristal.
Dalam laporan itu, saya mencoba mengungkapkan esensi dari setiap keadaan materi: cair, gas, dan kristal. Dia menggambarkan sifat-sifat zat, susunan molekul dan kisi kristal. Sekarang mari kita lihat lebih dekat setiap zat, yang mewakilinya sebagai model.
Bab 1
1.1 Konsep cairan
Masing-masing dari kita dapat dengan mudah mengingat banyak zat yang dia anggap cair. Namun, tidak mudah untuk memberikan definisi yang tepat tentang keadaan materi ini. Cairan menempati, seolah-olah, posisi perantara antara padatan kristal, yang dicirikan oleh keteraturan lengkap dalam susunan partikel penyusunnya (ion, atom, molekul) dan gas, yang molekulnya berada dalam keadaan kacau (acak). ) gerak.
Bentuk benda cair dapat seluruhnya atau sebagian ditentukan oleh fakta bahwa permukaannya berperilaku seperti membran elastis. Jadi, air bisa terkumpul dalam tetesan. Tetapi cairan itu mampu mengalir bahkan di bawah permukaannya yang tidak dapat digerakkan, dan ini juga berarti bahwa bentuk (bagian-bagian internal tubuh cairan) tidak dipertahankan.
Molekul-molekul cairan tidak memiliki posisi yang pasti, tetapi pada saat yang sama, mereka tidak memiliki kebebasan penuh untuk bergerak. Ada ketertarikan di antara mereka, cukup kuat untuk membuat mereka tetap dekat. Suatu zat dalam keadaan cair ada dalam kisaran suhu tertentu, di bawahnya ia berubah menjadi keadaan padat (terjadi kristalisasi atau transformasi menjadi keadaan amorf padat - kaca), di atas - menjadi keadaan gas (terjadi penguapan). Batas-batas interval ini tergantung pada tekanan.Sebagai aturan, zat dalam keadaan cair hanya memiliki satu modifikasi. (Pengecualian yang paling penting adalah cairan kuantum dan kristal cair.) Oleh karena itu, dalam banyak kasus, cairan tidak hanya 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.
1.2. Susunan molekul dalam zat cair
Molekul suatu zat dalam keadaan cair letaknya hampir berdekatan satu sama lain. Tidak seperti benda kristal padat, di mana molekul membentuk struktur teratur di seluruh volume kristal dan dapat melakukan getaran termal di sekitar pusat tetap, molekul cair memiliki kebebasan yang lebih besar. Setiap molekul cairan, serta dalam benda padat, "dijepit" di semua sisi oleh molekul tetangga dan melakukan getaran termal di sekitar posisi kesetimbangan tertentu. Namun, dari waktu ke waktu setiap molekul dapat berpindah ke tempat kosong terdekat. Lompatan cairan seperti itu cukup sering terjadi; oleh karena itu, molekul tidak terikat pada pusat tertentu, seperti dalam kristal, dan dapat bergerak di seluruh volume cairan. Ini menjelaskan fluiditas cairan. Karena interaksi yang kuat antara molekul yang berjarak dekat, mereka dapat membentuk kelompok terurut lokal (tidak stabil) yang mengandung beberapa molekul. Fenomena ini disebut orde jarak pendek (Gbr. 1).
Gambar 1. contoh urutan jarak pendek molekul cair dan urutan jarak jauh molekul zat kristal: 1.1 - air; 1. - es.
Beras. 2. uap air (1) dan air (2). Molekul air diperbesar sekitar 5 x 107 kali.
Gambar 2 mengilustrasikan perbedaan antara zat gas dan cairan menggunakan air sebagai contoh. Molekul air H2O terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom hidrogen yang terletak pada sudut 104°. Jarak rata-rata antara molekul uap sepuluh kali lebih besar dari jarak rata-rata antara molekul air. Tidak seperti Gambar 1, di mana molekul air ditampilkan sebagai bola, Gambar 2 memberikan gambaran tentang struktur molekul air. Karena pengemasan molekul yang padat, kompresibilitas cairan, yaitu, perubahan volume dengan perubahan tekanan, sangat kecil; itu adalah puluhan dan ratusan ribu kali lebih sedikit daripada di gas.
1.3 Sifat cair
Ketidakstabilan. Fluiditas adalah sifat utama cairan. Jika gaya eksternal diterapkan pada bagian fluida dalam kesetimbangan, maka aliran partikel fluida terjadi ke arah di mana gaya ini diterapkan: fluida mengalir. Jadi, di bawah aksi gaya eksternal yang tidak seimbang, cairan tidak mempertahankan bentuk dan pengaturan relatif dari bagian-bagiannya, dan karena itu mengambil bentuk bejana di mana ia berada. Tidak seperti padatan plastik, cairan tidak memiliki titik luluh: cukup untuk menerapkan gaya eksternal kecil yang sewenang-wenang untuk membuat cairan mengalir.
Pelestarian volume. Salah satu sifat karakteristik cairan adalah memiliki volume tertentu (dalam kondisi eksternal konstan). Cairan sangat sulit untuk dikompresi secara mekanis karena, tidak seperti gas, hanya ada sedikit ruang bebas di antara molekul-molekulnya. Tekanan yang diberikan pada cairan yang tertutup dalam bejana diteruskan tanpa perubahan ke setiap titik volume cairan ini (hukum Pascal juga berlaku untuk gas). Fitur ini, bersama dengan kompresibilitas yang sangat rendah, digunakan pada mesin hidrolik. Cairan biasanya bertambah volumenya (memuai) ketika dipanaskan dan berkurang volumenya (berkontraksi) ketika didinginkan. Namun, ada pengecualian, misalnya, air terkompresi saat dipanaskan, pada tekanan dan suhu normal dari 0 °C hingga sekitar 4 °C.
Viskositas. Selain itu, cairan (seperti gas) dicirikan oleh viskositas. Ini didefinisikan sebagai kemampuan untuk menahan pergerakan salah satu bagian relatif terhadap yang lain - yaitu, sebagai gesekan internal. Ketika lapisan cairan yang berdekatan bergerak relatif satu sama lain, tabrakan molekul pasti terjadi selain itu karena gerakan termal. Ada kekuatan yang memperlambat gerakan yang teratur. Pada saat yang sama, energi kinetik dari gerakan yang teratur berubah menjadi energi panas - energi gerakan molekul yang kacau.Cairan di dalam bejana, yang digerakkan dan dibiarkan sendiri, secara bertahap akan berhenti, tetapi suhunya akan naik.
Pembentukan permukaan bebas dan tegangan permukaan. Karena konservasi volume, cairan dapat membentuk permukaan bebas. Permukaan seperti itu adalah antarmuka fase zat tertentu: di satu sisi ada fase cair, di sisi lain - gas (uap), dan, mungkin, gas lain, seperti udara. Jika fase cair dan gas dari zat yang sama bersentuhan, timbul gaya yang cenderung mengurangi luas antarmuka - gaya tegangan permukaan. Antarmuka berperilaku seperti membran elastis yang cenderung menyusut. Tegangan permukaan dapat dijelaskan dengan gaya tarik-menarik antara molekul-molekul cair. Setiap molekul menarik molekul lain, berusaha untuk "mengelilingi" dirinya dengan mereka, dan karena itu, meninggalkan permukaan. Dengan demikian, permukaan cenderung menurun. Oleh karena itu, gelembung sabun dan gelembung selama perebusan cenderung berbentuk bola: untuk volume tertentu, bola memiliki permukaan minimum. Jika hanya gaya tegangan permukaan yang bekerja pada cairan, cairan itu akan berbentuk bola - misalnya, air jatuh dalam keadaan tanpa bobot. Benda kecil dengan massa jenis lebih besar dari massa jenis cairan dapat "mengambang" di permukaan cairan, karena gaya gravitasi lebih kecil daripada gaya yang mencegah peningkatan luas permukaan. (Lihat Tegangan permukaan.)
Penguapan dan kondensasi. Penguapan adalah transisi bertahap suatu zat dari cair ke fase gas (uap). Selama gerakan termal, beberapa molekul meninggalkan cairan melalui permukaannya dan berubah menjadi uap. Pada saat yang sama, beberapa molekul kembali dari uap ke cairan. Jika lebih banyak molekul yang meninggalkan cairan daripada yang masuk, maka terjadi penguapan. Kondensasi adalah proses sebaliknya, transisi zat dari keadaan gas ke keadaan cair. Dalam hal ini, lebih banyak molekul yang lewat dari uap ke dalam cairan daripada ke dalam uap dari cairan. Penguapan dan kondensasi adalah proses non-kesetimbangan, mereka terjadi sampai keseimbangan lokal ditetapkan (jika ditetapkan), dan cairan dapat sepenuhnya menguap, atau mencapai keseimbangan dengan uapnya, ketika banyak molekul meninggalkan cairan sebagai kembalinya.
Mendidih adalah proses penguapan 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 (di bawah gravitasi) mengapung ke atas.
Pembasahan adalah fenomena permukaan yang terjadi ketika cairan bersentuhan dengan permukaan padat dengan adanya uap, yaitu pada antarmuka tiga fase. Pembasahan mencirikan "menempel" cairan ke permukaan dan menyebar di atasnya (atau, sebaliknya, tolakan dan tidak menyebar). Ada tiga kasus: tidak ada pembasahan, pembasahan terbatas dan pembasahan lengkap.
Miscibility adalah kemampuan cairan untuk larut satu sama lain. Contoh zat cair yang dapat bercampur: air dan etil alkohol, contoh zat cair yang tidak dapat bercampur: air dan minyak cair.
Difusi. Ketika dua cairan yang dapat bercampur berada dalam wadah, sebagai akibat dari gerakan termal, molekul mulai secara bertahap melewati antarmuka, dan dengan demikian cairan secara bertahap bercampur. Fenomena ini disebut difusi (itu juga terjadi pada zat dalam keadaan agregasi lain).
Terlalu panas dan hipotermia. Cairan dapat dipanaskan di atas titik didih sedemikian rupa sehingga tidak terjadi didih. Ini membutuhkan pemanasan yang seragam, tanpa perbedaan suhu yang signifikan dalam volume dan tanpa pengaruh mekanis seperti getaran. Jika sesuatu dilemparkan ke dalam cairan yang sangat panas, itu langsung mendidih. Air superheated mudah masuk ke dalam microwave. Subcooling - pendinginan cairan di bawah titik beku tanpa berubah menjadi keadaan agregasi padat. Seperti halnya superheating, subcooling membutuhkan tidak adanya getaran dan fluktuasi suhu yang signifikan.
Koeksistensi dengan fase lain. Secara formal, untuk koeksistensi kesetimbangan fase cair dengan fase lain dari zat yang sama - gas atau kristal - kondisi yang ditentukan secara ketat diperlukan. Jadi, pada tekanan tertentu, suhu yang ditentukan secara ketat diperlukan. Namun demikian, di alam dan teknologi, di mana-mana cairan hidup berdampingan dengan uap, atau juga dengan keadaan agregasi padat - misalnya, air dengan uap air dan seringkali dengan es (jika kita menganggap uap sebagai fase terpisah yang ada bersama udara). Ini karena alasan berikut:
- Keadaan tidak seimbang. Dibutuhkan waktu untuk cairan menguap, sampai cairan benar-benar menguap, itu hidup berdampingan dengan uap. Di alam, air terus menguap, serta proses sebaliknya - kondensasi.
- volume tertutup. Cairan dalam bejana tertutup mulai menguap, tetapi karena volumenya terbatas, tekanan uapnya naik, ia menjadi jenuh bahkan sebelum cairan itu menguap sepenuhnya, jika jumlahnya cukup besar. Ketika keadaan jenuh tercapai, jumlah cairan yang diuapkan sama dengan jumlah cairan yang terkondensasi, sistem mencapai kesetimbangan. Dengan demikian, dalam volume terbatas, kondisi yang diperlukan untuk keseimbangan koeksistensi cairan dan uap dapat ditetapkan.
- Kehadiran atmosfer dalam kondisi gravitasi terestrial. Tekanan atmosfer bekerja pada cairan (udara dan uap), sedangkan untuk uap, praktis hanya tekanan parsialnya yang harus diperhitungkan. Oleh karena itu, cairan dan uap di atas permukaannya sesuai dengan titik yang berbeda pada diagram fase, di wilayah keberadaan fase cair dan di wilayah keberadaan gas, masing-masing. Ini tidak membatalkan penguapan, tetapi penguapan membutuhkan waktu selama kedua fase hidup berdampingan. Tanpa kondisi ini, cairan akan mendidih dan menguap dengan sangat cepat.
Bab 2. Gas
2.1. konsep gas
GAS adalah salah satu keadaan agregat suatu zat di mana partikel penyusunnya (atom, molekul) terletak pada jarak yang cukup jauh satu sama lain dan bergerak bebas. Tidak seperti cairan dan padatan, di mana molekul-molekulnya berada pada jarak yang dekat dan dihubungkan satu sama lain oleh gaya tarik-menarik dan tolak-menolak yang cukup besar, interaksi molekul-molekul dalam gas memanifestasikan dirinya hanya dalam saat-saat pendek ketika mereka mendekat (tumbukan). Dalam hal ini, ada perubahan tajam dalam besar dan arah kecepatan partikel yang bertabrakan.
Nama "gas" berasal dari kata Yunani "haos" dan diperkenalkan oleh Van Helmont pada awal abad ke-17; itu juga mencerminkan sifat sebenarnya dari pergerakan partikel dalam gas, yang ditandai dengan ketidakteraturan dan kekacauan total. . Tidak seperti cairan, misalnya, gas tidak membentuk permukaan bebas dan secara seragam mengisi seluruh volume yang tersedia bagi mereka. Keadaan gas, jika gas terionisasi termasuk, adalah keadaan materi yang paling umum di Semesta (atmosfer planet, bintang, nebula, materi antarbintang, dll.).
2.2. Pergerakan molekul
Pergerakan molekul dalam gas adalah acak: kecepatan molekul tidak memiliki arah yang diinginkan, tetapi didistribusikan secara acak ke segala arah. Karena tumbukan molekul satu sama lain, kecepatannya berubah sepanjang waktu baik dalam arah maupun dalam nilai absolut. Oleh karena itu, kecepatan molekul dapat sangat berbeda satu sama lain. Setiap saat dalam gas ada molekul yang bergerak sangat cepat dan molekul bergerak relatif lambat. Namun, jumlah molekul yang bergerak jauh lebih lambat atau lebih cepat daripada yang lain adalah kecil. Mayoritas molekul bergerak dengan kecepatan yang relatif sedikit berbeda dari beberapa kecepatan rata-rata, yang tergantung pada jenis molekul dan suhu tubuh. Berikut ini, berbicara tentang kecepatan molekul, yang akan kita maksud adalah kecepatan rata-ratanya. Kita akan beralih ke pertanyaan mengukur dan menghitung kecepatan rata-rata molekul nanti. Dalam banyak diskusi tentang gerakan molekul gas, konsep jalur bebas rata-rata memainkan peran penting. Jalur bebas rata-rata adalah jarak rata-rata yang ditempuh oleh molekul antara dua tumbukan yang berurutan. Ketika densitas gas menurun, jalur bebas rata-rata meningkat. Pada tekanan atmosfer dan 0 ° C, jalur bebas rata-rata molekul udara kira-kira 10-8-10-7 m (Gbr. 371).
Beras. 371. Ini kira-kira jalur molekul udara pada tekanan normal (meningkat satu juta kali)
Dalam gas yang sangat langka (misalnya, di dalam bola lampu listrik berongga), jalur bebas rata-rata mencapai beberapa sentimeter dan bahkan puluhan sentimeter. Di sini molekul bergerak dari dinding ke dinding hampir tanpa tumbukan. Molekul dalam padatan berosilasi tentang posisi rata-rata. Dalam cairan, molekul juga berosilasi di sekitar posisi rata-ratanya. Namun, dari waktu ke waktu setiap molekul melompat ke posisi tengah yang baru, beberapa jarak antarmolekul dari yang sebelumnya.
2.3. sifat gas
Dalam keadaan gas, energi interaksi partikel satu sama lain jauh lebih kecil daripada energi kinetiknya: EMMB<< Екин.
Oleh karena itu, molekul gas (atom) tidak terikat bersama, tetapi bergerak bebas dalam volume yang jauh lebih besar daripada volume partikel itu sendiri. Gaya interaksi antarmolekul dimanifestasikan ketika molekul saling mendekati pada jarak yang cukup dekat. Interaksi antarmolekul yang lemah menentukan kerapatan gas yang rendah, keinginan untuk ekspansi tanpa batas, kemampuan untuk memberikan tekanan pada dinding bejana, mencegah keinginan ini. Molekul-molekul gas berada dalam gerakan kacau acak, dan tidak ada keteraturan dalam gas sehubungan dengan susunan molekul. Keadaan gas dicirikan oleh: suhu - T, tekanan - p dan volume - V. Pada tekanan rendah dan suhu tinggi, semua gas tipikal berperilaku kurang lebih sama. Tapi sudah biasa dan, terutama, suhu rendah dan tekanan tinggi, individualitas gas mulai muncul. Peningkatan tekanan eksternal dan penurunan suhu membawa partikel-partikel gas lebih dekat, sehingga interaksi antarmolekul mulai memanifestasikan dirinya ke tingkat yang lebih besar. Untuk gas seperti itu, persamaan Mendeleev-Clapeyron tidak dapat lagi diterapkan: sebaliknya, persamaan Van der Waals harus diterapkan:
di mana a dan b adalah suku-suku konstan, dengan mempertimbangkan adanya gaya tarik menarik antara molekul dan volume intrinsik molekul, masing-masing.
Ketika gas dikompresi, ketika ada peningkatan yang signifikan dalam kepadatannya, kekuatan IMF menjadi semakin terlihat, yang mengarah pada penciptaan kondisi untuk pembentukan berbagai rekanan dari molekul. Asosiasi adalah kelompok molekul yang relatif tidak stabil. Ini mengikuti dari sifat komponen MMW bahwa gaya interaksi universal meningkat dengan peningkatan ukuran atom, polarisasi meningkat tajam, oleh karena itu, semakin berat partikel dari jenis yang sama (atom atau molekul) suatu zat, semakin biasanya semakin tinggi derajat asosiasinya pada suhu tertentu, semakin rendah suhu zat tersebut berpindah dari gas ke cair.
bagian 3
3.1 Konsep kristal
Dunia kristal adalah dunia yang tidak kalah indah, beragam, berkembang, seringkali tidak kalah misteriusnya dengan dunia satwa liar. Pentingnya kristal untuk ilmu geologi terletak pada kenyataan bahwa sebagian besar kerak bumi berada dalam keadaan kristal. Dalam klasifikasi objek dasar geologi seperti mineral dan batuan, konsep kristal adalah primer, dasar, mirip dengan atom dalam sistem periodik unsur atau molekul dalam klasifikasi kimia zat. Menurut pernyataan aforistik ahli mineral terkenal, profesor Institut Pertambangan St. Petersburg D.P. Grigoriev, "mineral adalah kristal". Jelas bahwa sifat-sifat mineral dan batuan terkait erat dengan sifat umum keadaan kristal.
Kata "kristal" adalah bahasa Yunani (???????????), arti aslinya adalah "es". Namun, sudah di zaman kuno, istilah ini dipindahkan ke polihedra alami transparan dari zat lain (kuarsa, kalsit, dll.), karena diyakini bahwa ini juga es, yang, karena alasan tertentu, menerima stabilitas pada suhu tinggi. Dalam bahasa Rusia, kata ini memiliki dua bentuk: sebenarnya "kristal", yang berarti tubuh polihedral yang terbentuk secara alami, dan "kristal" - jenis kaca khusus dengan indeks bias tinggi, serta kuarsa tidak berwarna transparan ("kristal batu"). Dalam kebanyakan bahasa Eropa, kata yang sama digunakan untuk kedua konsep ini (bandingkan bahasa Inggris "Crystal Palace" - "Crystal Palace" di London dan "Crystal Growth" - sebuah majalah internasional tentang pertumbuhan kristal).
Umat manusia berkenalan dengan kristal di zaman kuno. Ini terkait, pertama-tama, dengan kemampuan mereka untuk memotong sendiri, yang sering diwujudkan di alam, yaitu, secara spontan mengambil bentuk polihedra yang luar biasa sempurna. Bahkan orang modern, setelah menemukan kristal alami untuk pertama kalinya, paling sering tidak percaya bahwa polihedra ini bukan karya pengrajin yang terampil. Bentuk kristal telah lama diberi makna magis, sebagaimana dibuktikan oleh beberapa temuan arkeologis. Referensi ke "kristal" (tampaknya, kita berbicara tentang "kristal") berulang kali ditemukan dalam Alkitab (lihat, misalnya: Wahyu Yohanes, 21, 11; 32, 1, dll.). Di antara ahli matematika, ada pendapat yang masuk akal bahwa kristal alami berfungsi sebagai prototipe dari lima polihedra biasa (padatan Plato). Banyak polyhedra Archimedean (semi-reguler) juga memiliki analog yang tepat atau sangat dekat di dunia kristal. Dan dalam seni terapan kuno, kristal polihedron kadang-kadang digunakan sebagai panutan, dan bahkan yang jelas-jelas tidak dipertimbangkan oleh ilmu pengetahuan saat itu. Misalnya, di State Hermitage ada untaian manik-manik, yang bentuknya mereproduksi dengan akurasi tinggi bentuk karakteristik kristal garnet mineral semi mulia yang indah. Manik-manik ini terbuat dari emas (diduga, karya Timur Tengah abad 1-5 Masehi). Dengan demikian, kristal telah lama memiliki dampak nyata pada bidang utama minat manusia: emosional (agama, seni), ideologis (agama), intelektual (sains, seni).
3.2. Jenis utama kisi kristal
Dalam padatan, atom dapat ditempatkan di ruang dengan dua cara: 1) Susunan atom secara acak, ketika mereka tidak menempati tempat tertentu relatif satu sama lain. Benda seperti itu disebut amorf.2) Susunan atom yang teratur, ketika atom menempati tempat yang cukup pasti di ruang angkasa, Zat semacam itu disebut kristal.
Atom berosilasi relatif terhadap posisi rata-ratanya dengan frekuensi sekitar 1013 Hz. Amplitudo osilasi ini sebanding dengan suhu. Karena susunan atom yang teratur dalam ruang, pusatnya dapat dihubungkan dengan garis lurus imajiner. Himpunan garis berpotongan tersebut mewakili kisi spasial, yang disebut kisi kristal.
Orbit elektron terluar dari atom-atom tersebut bersinggungan, sehingga kerapatan pengepakan atom-atom dalam kisi kristal sangat tinggi. Padatan kristal terdiri dari butiran kristal - kristalit. Dalam butiran yang berdekatan, kisi kristal diputar relatif satu sama lain dengan sudut tertentu. Dalam kristalit, pesanan jarak pendek dan jarak jauh diamati. Ini berarti adanya keteraturan dan stabilitas dari tetangga terdekat yang mengelilingi atom tertentu (orde jarak pendek) dan atom yang terletak pada jarak yang cukup jauh darinya hingga batas butir (orde jarak jauh).
a) b)
Beras. 1.1. Susunan atom dalam materi kristal (a) dan amorf (b)
Karena difusi, atom individu dapat meninggalkan tempatnya di simpul kisi kristal, namun, dalam hal ini, urutan struktur kristal secara keseluruhan tidak terganggu.
Semua logam adalah benda kristal yang memiliki jenis kisi kristal tertentu, yang terdiri dari ion bermuatan positif dengan mobilitas rendah, di antaranya elektron bebas bergerak (disebut gas elektron). Jenis struktur ini disebut ikatan logam. Jenis kisi ditentukan oleh bentuk tubuh geometris dasar, pengulangan ganda yang sepanjang tiga sumbu spasial membentuk kisi tubuh kristal tertentu.
A) B)
C) D)
Beras. 1.2. Jenis utama kisi kristal logam:
A) kubik (1 atom per sel)
B) kubik berpusat tubuh (bcc) (2 atom per sel)
dll.................
Cairan menempati posisi menengah dalam sifat dan struktur antara gas dan zat kristal padat. Oleh karena itu, ia memiliki sifat zat gas dan zat padat. Dalam teori kinetik molekuler, keadaan agregat yang berbeda dari suatu zat dikaitkan dengan derajat keteraturan molekul yang berbeda. Untuk padatan, yang disebut pesanan jarak jauh dalam susunan partikel, yaitu pengaturan mereka yang teratur, berulang dalam jarak jauh. Dalam cairan, yang disebut pesanan jarak pendek dalam susunan partikel, yaitu pengaturan mereka yang teratur, berulang pada jarak, sebanding dengan yang interatomik. Pada suhu yang mendekati suhu kristalisasi, struktur cairan mendekati padatan. Pada suhu tinggi, dekat dengan titik didih, struktur cairan sesuai dengan keadaan gas - hampir semua molekul berpartisipasi dalam gerakan termal yang kacau.
Cairan, seperti padatan, memiliki volume tertentu, dan seperti gas, mereka mengambil bentuk wadah tempat mereka berada. Molekul-molekul gas praktis tidak saling berhubungan oleh gaya-gaya interaksi antarmolekul, dan dalam hal ini energi rata-rata gerak termal molekul-molekul gas jauh lebih besar daripada energi potensial rata-rata akibat gaya-gaya tarik-menarik di antara mereka, sehingga molekul-molekul gas berhamburan dalam arah yang berbeda dan gas menempati volume yang disediakan untuk itu. Dalam benda padat dan cair, gaya tarik antar molekul sudah signifikan dan menjaga molekul pada jarak tertentu satu sama lain. Dalam hal ini, energi rata-rata gerak termal molekul lebih kecil dari energi potensial rata-rata karena gaya interaksi antarmolekul, dan itu tidak cukup untuk mengatasi gaya tarik-menarik antar molekul, sehingga padatan dan cairan memiliki volume tertentu. .
Tekanan dalam cairan meningkat sangat tajam dengan meningkatnya suhu dan penurunan volume. Ekspansi volumetrik cairan jauh lebih kecil daripada uap dan gas, karena gaya yang mengikat molekul dalam cairan lebih signifikan; pernyataan yang sama berlaku untuk ekspansi termal.
Kapasitas panas cairan biasanya meningkat dengan suhu (walaupun sedikit). Rasio C p /C V praktis sama dengan satu.
Teori fluida belum sepenuhnya dikembangkan sampai saat ini. Perkembangan sejumlah masalah dalam studi tentang sifat kompleks cairan milik Ya.I. Frenkel (1894–1952). Dia menjelaskan gerakan termal dalam cairan dengan fakta bahwa setiap molekul berosilasi selama beberapa waktu di sekitar posisi kesetimbangan tertentu, setelah itu melompat ke posisi baru, yang berada pada jarak urutan jarak interatomik dari yang awal. Dengan demikian, molekul cairan bergerak cukup lambat di seluruh massa cairan. Dengan peningkatan suhu cairan, frekuensi gerakan osilasi meningkat tajam, dan mobilitas molekul meningkat.
Berdasarkan model Frenkel, adalah mungkin untuk menjelaskan beberapa fitur khas sifat-sifat cairan. Dengan demikian, cairan, bahkan mendekati suhu kritis, memiliki yang jauh lebih besar viskositas dari gas, dan viskositas menurun dengan meningkatnya suhu (bukan meningkat, seperti dalam gas). Ini dijelaskan oleh sifat yang berbeda dari proses transfer momentum: ia ditransfer oleh molekul yang melompat dari satu keadaan setimbang ke yang lain, dan lompatan ini menjadi jauh lebih sering dengan meningkatnya suhu. Difusi dalam cairan hanya terjadi karena lompatan molekul, dan itu terjadi jauh lebih lambat daripada di gas. Konduktivitas termal cairan disebabkan oleh pertukaran energi kinetik antara partikel yang berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya dengan amplitudo yang berbeda; lompatan molekul yang tajam tidak memainkan peran yang nyata. Mekanisme konduksi panas mirip dengan mekanismenya dalam gas. Ciri khas zat cair adalah kemampuannya untuk permukaan bebas(tidak dibatasi oleh dinding yang kokoh).
