Física. Moléculas. Disposição de moléculas em distância gasosa, líquida e sólida.
- No estado gasoso, as moléculas não estão conectadas umas às outras, elas estão localizadas a uma grande distância umas das outras. Movimento browniano. O gás pode ser comprimido com relativa facilidade.
Em um líquido, as moléculas estão próximas umas das outras, vibrando juntas. Quase incompressível.
Em um sólido - as moléculas são organizadas em uma ordem estrita (em redes cristalinas), não há movimento das moléculas. A compressão não irá sucumbir. - A estrutura da matéria e o início da química:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(sem registro e mensagens SMS, em um formato de texto conveniente: você pode usar Ctrl+C) - Não é possível concordar que no estado sólido as moléculas não se movem.
Movimento de moléculas em gases
Nos gases, a distância entre moléculas e átomos é geralmente muito maior do que o tamanho das moléculas, e as forças atrativas são muito pequenas. Portanto, os gases não têm forma própria e volume constante. Os gases são facilmente comprimidos porque as forças repulsivas a grandes distâncias também são pequenas. Os gases têm a propriedade de se expandir indefinidamente, preenchendo todo o volume fornecido a eles. Moléculas de gás se movem em velocidades muito altas, colidem umas com as outras, ricocheteiam umas nas outras em direções diferentes. Numerosos impactos de moléculas nas paredes do vaso criam pressão de gás.
Movimento de moléculas em líquidos
Nos líquidos, as moléculas não apenas oscilam em torno da posição de equilíbrio, mas também saltam de uma posição de equilíbrio para a seguinte. Esses saltos acontecem periodicamente. O intervalo de tempo entre esses saltos é chamado de tempo médio de vida estabelecida (ou tempo médio de relaxamento) e é denotado pela letra?. Em outras palavras, o tempo de relaxamento é o tempo de oscilação em torno de uma posição de equilíbrio específica. À temperatura ambiente, esse tempo é em média de 10 a 11 s. O tempo de uma oscilação é 10-1210-13 s.
O tempo de vida estabelecido diminui com o aumento da temperatura. A distância entre as moléculas do líquido é menor que o tamanho das moléculas, as partículas estão próximas umas das outras e a atração intermolecular é grande. No entanto, o arranjo das moléculas líquidas não é estritamente ordenado ao longo do volume.
Os líquidos, como os sólidos, mantêm seu volume, mas não têm forma própria. Portanto, eles assumem a forma do navio em que estão localizados. Um líquido tem a propriedade de fluidez. Devido a esta propriedade, o líquido não resiste à mudança de forma, comprime pouco e suas propriedades físicas são as mesmas em todas as direções dentro do líquido (isotropia do líquido). A natureza do movimento molecular em líquidos foi estabelecida pela primeira vez pelo físico soviético Yakov Ilyich Frenkel (1894-1952).
Movimento de moléculas em sólidos
Moléculas e átomos de um corpo sólido são organizados em uma certa ordem e formam uma rede cristalina. Esses sólidos são chamados cristalinos. Os átomos oscilam em torno da posição de equilíbrio e a atração entre eles é muito forte. Portanto, corpos sólidos em condições normais mantêm seu volume e têm sua própria forma.
- Em movimento gasoso aleatoriamente, corte em
Em líquido-se movendo em linha um com o outro
Em sólido - não se mova.
Tema: Três estados da matéria
eu opção
EU.Como as moléculas são organizadas em sólidos e como elas se movem?
As moléculas estão localizadas a distâncias menores que as dimensões das próprias moléculas e se movem livremente umas em relação às outras. As moléculas estão localizadas a grandes distâncias umas das outras (em comparação com o tamanho das moléculas) e se movem aleatoriamente. As moléculas estão dispostas em uma ordem estrita e vibram em torno de certas posições de equilíbrio.
II.Quais das seguintes propriedades pertencem aos gases?
Tem um certo volume Ocupa o volume de todo o vaso Toma a forma do vaso Ligeiramente comprimido Fácil de comprimir
III.O volume de gás mudará se for bombeado de um recipiente com capacidade de1 litroem um recipiente de 2 litros?
4. As moléculas estão localizadas a grandes distâncias umas das outras (em relação ao tamanho das moléculas), interagem fracamente umas com as outras e se movem aleatoriamente. O que é este corpo?
Gás Sólido Líquido Não existe tal corpo
v.Qual é o estado do aço?
Apenas no estado sólido Apenas no estado líquido Apenas no estado gasoso Nos três estados
Tema: Três estados da matéria
Opção II
EU.Como as moléculas dos líquidos estão organizadas e como elas se movem?
As moléculas estão localizadas a distâncias proporcionais ao tamanho das próprias moléculas e se movem livremente uma em relação à outra. As moléculas estão localizadas a grandes distâncias (em comparação com o tamanho das moléculas) umas das outras e se movem aleatoriamente. As moléculas estão dispostas em uma ordem estrita e vibram em torno de certas posições de equilíbrio.
II.Quais das seguintes propriedades pertencem aos gases?
Ocupa todo o volume que lhes é fornecido Difícil de comprimir Têm estrutura cristalina Fácil de comprimir Não têm forma própria
III.Um béquer contém 100 cm3 de água. É derramado em um copo com capacidade de 200 cm3. O volume de água mudará?
4. As moléculas são densamente compactadas, fortemente atraídas umas pelas outras, cada molécula oscila em torno de uma determinada posição. O que é este corpo?
Gás Líquido Corpo sólido Não existem tais corpos
v.Em que estado a água pode estar?
Apenas no estado líquido Apenas no estado gasoso Apenas no estado sólido Nos três estados
Tema: Três estados da matéria
Opção III
EU.Como as moléculas de gás são organizadas e como elas se movem?
As moléculas estão localizadas a distâncias menores que o tamanho das próprias moléculas e se movem livremente umas em relação às outras. As moléculas estão localizadas a distâncias muitas vezes maiores do que as próprias moléculas e se movem aleatoriamente. As moléculas são organizadas em uma ordem estrita e vibram em torno de certas posições.
II.Quais das seguintes propriedades pertencem aos sólidos?
Difícil de mudar de forma Ocupa todo o volume fornecido a eles Mantém uma forma constante Muda facilmente de forma Difícil de comprimir
III.O volume de gás mudará se for bombeado de um cilindro com capacidade de 20 litros para um cilindro com capacidade de 0,40 litros?
Aumentar em 2 vezes Diminuir em 2 vezes Sem alteração
4. Existe uma substância na qual as moléculas estão localizadas a grandes distâncias, são fortemente atraídas umas pelas outras e oscilam em torno de certas posições?
Gás Líquido Sólido Não existe tal substância
v.Qual é o estado do mercúrio?
Apenas em estado líquido Apenas em estado sólido Apenas em estado gasoso Todos os três estados
Tema: Três estados da matéria
Opção IV
EU. Abaixo está o comportamento das moléculas em corpos sólidos, líquidos e gasosos. O que é comum para líquidos e gases?
O fato de que as moléculas estão localizadas a distâncias menores do que o tamanho das próprias moléculas e se movem livremente umas em relação às outras Que as moléculas estão localizadas a grandes distâncias umas das outras e se movem aleatoriamente Que as moléculas se movem aleatoriamente umas em relação às outras Que as moléculas são dispostos em uma ordem estrita e oscilam perto de certas posições
II.Quais das seguintes propriedades pertencem aos sólidos?
Tem um certo volume Ocupa o volume de todo o vaso Toma a forma do vaso Ligeiramente comprimido Fácil de comprimir
III.A garrafa contém 0,5 litros de água. É derramado em um frasco com capacidade de 1 litro. O volume de água mudará?
Aumentar Diminuir Sem alteração
4. As moléculas estão dispostas de modo que a distância entre elas seja menor que o tamanho das próprias moléculas. Eles são fortemente atraídos um pelo outro e se movem de um lugar para outro. O que é este corpo?
Gás Líquido Sólido
v.Em que estado o álcool pode estar?
Apenas no estado sólido Apenas no estado líquido Apenas no estado gasoso Nos três estados
Respostas para testes
eu opção II - 2, 5 | Opção II II - 1, 4, 5 | Opção III II - 1, 3, 5 | Opção IV II - 1, 4 |
Moléculas e átomos de um corpo sólido são organizados em uma certa ordem e forma estrutura de cristal. Esses sólidos são chamados cristalinos. Os átomos oscilam em torno da posição de equilíbrio e a atração entre eles é muito forte. Portanto, corpos sólidos em condições normais retêm volume e têm forma própria.
O equilíbrio térmico é o estado de um sistema termodinâmico no qual ele passa espontaneamente após um período de tempo suficientemente longo sob condições de isolamento do meio ambiente.
A temperatura é uma grandeza física que caracteriza a energia cinética média das partículas de um sistema macroscópico em estado de equilíbrio termodinâmico. Em um estado de equilíbrio, a temperatura tem o mesmo valor para todas as partes macroscópicas do sistema.
Graus Celsius(símbolo: °C) é uma unidade comum de temperatura usada no Sistema Internacional de Unidades (SI) junto com o kelvin.
Termômetro médico de mercúrio
Termômetro mecânico
O grau Celsius recebeu o nome do cientista sueco Anders Celsius, que em 1742 propôs uma nova escala para medir a temperatura. Zero na escala Celsius era o ponto de fusão do gelo e 100° era o ponto de ebulição da água à pressão atmosférica padrão. (Inicialmente, Celsius tomou a temperatura de fusão do gelo como 100 °, e o ponto de ebulição da água como 0 °. E só mais tarde seu contemporâneo Carl Linnaeus “virou” essa escala). Esta escala é linear na faixa de 0-100° e também continua linearmente na região abaixo de 0° e acima de 100°. A linearidade é um problema importante com medições de temperatura precisas. Basta mencionar que um termômetro clássico cheio de água não pode ser marcado para temperaturas abaixo de 4 graus Celsius, pois nessa faixa a água começa a se expandir novamente.
A definição original do grau Celsius dependia da definição de pressão atmosférica padrão, porque tanto o ponto de ebulição da água quanto o ponto de fusão do gelo dependem da pressão. Isso não é muito conveniente para padronizar a unidade de medida. Portanto, após a adoção do kelvin K como unidade básica de temperatura, a definição do grau Celsius foi revisada.
De acordo com a definição moderna, um grau Celsius é igual a um kelvin K, e o zero da escala Celsius é definido de modo que a temperatura do ponto triplo da água seja 0,01 °C. Como resultado, as escalas Celsius e Kelvin são deslocadas em 273,15:
26)Gás ideal- um modelo matemático de um gás, no qual se supõe que a energia potencial da interação das moléculas pode ser desprezada em comparação com sua energia cinética. As forças de atração ou repulsão não agem entre as moléculas, as colisões das partículas entre si e com as paredes do vaso são absolutamente elásticas, e o tempo de interação entre as moléculas é desprezivelmente pequeno comparado ao tempo médio entre colisões.
Onde ké a constante de Boltzmann (a razão entre a constante universal do gás R ao número de Avogadro N / D), eu- o número de graus de liberdade das moléculas (na maioria dos problemas sobre gases ideais, onde as moléculas são consideradas esferas de pequeno raio, cujo análogo físico pode ser gases inertes), e Té a temperatura absoluta.
A equação básica do MKT conecta os parâmetros macroscópicos (pressão, volume, temperatura) de um sistema de gás com os microscópicos (massa molecular, velocidade média de seu movimento).
Universidade Estatal Russa de Inovação
tecnologia e empreendedorismo
Filial de Penza
Departamento de ciencias naturais
abstrato
Na disciplina "Conceitos da ciência natural moderna"
Tópico: "Idéias de modelo sobre a estrutura de líquidos, gases e cristais"
Preenchido por: aluno gr. 10E1 A. Antoshkina
Verificado por: Professor Associado G. V. Surovitskaya
Penza 2010
Contente
Introdução
Capítulo 1
1.1. O conceito de líquido
1.3 Propriedades do líquido
Capítulo 2. Gás
2.1. O conceito de gás
2.2 Movimento da molécula
2.3 Propriedades do gás
Capítulo 3
3.1. O conceito de cristais
3.2.tipos de redes cristalinas
3.3. Propriedades dos cristais, forma e singonia
Conclusão
Bibliografia
Introdução
De acordo com as sensações que várias substâncias (corpos de substâncias) causam nos sentidos humanos, todas elas podem ser divididas em três grupos principais: gasosas, líquidas e cristalinas (sólidas).
Os gases não têm sua própria superfície e seu próprio volume. Eles ocupam completamente o navio em que estão localizados. Os gases têm uma capacidade ilimitada de se expandir com o aumento da temperatura e a diminuição da pressão. As distâncias entre as moléculas nos gases são muitas vezes maiores do que as dimensões das próprias moléculas, e as interações entre elas, as chamadas interações intermoleculares, são fracas, e as moléculas de um gás se movem quase independentemente umas das outras. O arranjo das partículas em um gás é quase completamente aleatório (caótico).
Os cristais, como todos os sólidos, têm uma superfície que os separa de outros sólidos e um volume correspondente a ela, que não mudam (mais precisamente, mudam muito pouco) no campo gravitacional. As distâncias entre as partículas nos cristais são muito menores do que nos gases, e as interações intermoleculares ou interatômicas (se o cristal for construído a partir de átomos de um elemento) são muito mais fortes do que em gases e líquidos. As partículas em um cristal são distribuídas em uma ordem regular bastante estrita, formando uma rede cristalina. As partículas que compõem a rede cristalina estão relativamente firmemente fixadas em seus lugares. Uma característica distintiva dos cristais é que suas propriedades não são as mesmas em direções diferentes. Esse fenômeno é chamado de anisotropia de propriedade.
Os líquidos combinam muitas das propriedades dos estados gasoso e cristalino. Eles têm uma superfície e volume, que são afetados por mudanças na posição do recipiente com líquido no campo gravitacional. O líquido no campo gravitacional ocupa a parte inferior do recipiente em que está localizado. As moléculas em uma substância líquida são interconectadas por forças intermoleculares muito mais fortes do que em um gás. A ordem no arranjo das partículas em substâncias líquidas também é muito maior do que em gases. Em alguns líquidos, por exemplo na água, alguns volumes muito pequenos têm uma ordem próxima da ordem dos cristais.
No relatório, tentei revelar a essência de cada estado da matéria: líquido, gasoso e cristalino. Ela descreveu as propriedades das substâncias, o arranjo das moléculas e as redes cristalinas. Agora vamos dar uma olhada em cada substância, representando-a como um modelo.
Capítulo 1
1.1 O conceito de líquido
Cada um de nós pode lembrar facilmente de muitas substâncias que considera líquidas. No entanto, não é tão fácil dar uma definição exata desse estado da matéria. O líquido ocupa, por assim dizer, uma posição intermediária entre um sólido cristalino, caracterizado pela ordem completa no arranjo de suas partículas constituintes (íons, átomos, moléculas) e um gás, cujas moléculas estão em estado caótico ) movimento.
A forma dos corpos líquidos pode ser total ou parcialmente determinada pelo fato de sua superfície se comportar como uma membrana elástica. Assim, a água pode se acumular em gotas. Mas o líquido é capaz de fluir mesmo sob sua superfície imóvel, e isso também significa que a forma (das partes internas do corpo líquido) não é preservada.
As moléculas de um líquido não têm uma posição definida, mas, ao mesmo tempo, não têm total liberdade de movimento. Há uma atração entre eles, forte o suficiente para mantê-los próximos. Uma substância em estado líquido existe em uma determinada faixa de temperatura, abaixo da qual passa para um estado sólido (ocorre a cristalização ou a transformação em um estado sólido amorfo - vidro), acima - em um estado gasoso (ocorre a evaporação). Os limites deste intervalo dependem da pressão, como regra, uma substância em estado líquido tem apenas uma modificação. (As exceções mais importantes são líquidos quânticos e cristais líquidos.) Portanto, na maioria dos casos, um líquido não é apenas um estado de agregação, mas também uma fase termodinâmica (fase líquida) Todos os líquidos são geralmente divididos em líquidos puros e misturas. Algumas misturas de líquidos são de grande importância para a vida: sangue, água do mar, etc. Os líquidos podem atuar como solventes.
1.2. Disposição das moléculas em um líquido
As moléculas de uma substância em estado líquido estão localizadas quase próximas umas das outras. Ao contrário dos corpos cristalinos sólidos, nos quais as moléculas formam estruturas ordenadas em todo o volume do cristal e podem realizar vibrações térmicas em torno de centros fixos, as moléculas líquidas têm maior liberdade. Cada molécula de um líquido, assim como em um corpo sólido, é “apertada” por todos os lados por moléculas vizinhas e realiza vibrações térmicas em torno de uma determinada posição de equilíbrio. No entanto, de tempos em tempos, qualquer molécula pode se mover para uma vacância próxima. Tais saltos em líquidos ocorrem com bastante frequência; portanto, as moléculas não estão presas a determinados centros, como nos cristais, e podem se mover por todo o volume do líquido. Isso explica a fluidez dos líquidos. Devido à forte interação entre moléculas próximas, elas podem formar grupos ordenados locais (instáveis) contendo várias moléculas. Este fenômeno é chamado de ordem de curto alcance (Fig. 1).
Figura 1. um exemplo da ordem de curto alcance das moléculas líquidas e da ordem de longo alcance das moléculas de uma substância cristalina: 1.1 - água; 1. - gelo.
Arroz. 2. vapor de água (1) e água (2). As moléculas de água são aumentadas em cerca de 5 x 107 vezes.
A Figura 2 ilustra a diferença entre uma substância gasosa e uma líquida usando água como exemplo. A molécula de água H2O consiste em um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio localizados em um ângulo de 104°. A distância média entre as moléculas de vapor é dez vezes maior do que a distância média entre as moléculas de água. Ao contrário da Fig. 1, onde as moléculas de água são mostradas como bolas, a Fig. 2 dá uma ideia da estrutura da molécula de água. Devido ao denso empacotamento das moléculas, a compressibilidade dos líquidos, ou seja, a variação do volume com a variação da pressão, é muito pequena; é dezenas e centenas de milhares de vezes menor do que em gases.
1.3 Propriedades do líquido
Fluidez. A fluidez é a principal propriedade dos líquidos. Se uma força externa é aplicada a uma seção de um fluido em equilíbrio, então ocorre um fluxo de partículas de fluido na direção em que essa força é aplicada: o fluido flui. Assim, sob a ação de forças externas desequilibradas, o líquido não retém a forma e a disposição relativa das partes e, portanto, assume a forma do recipiente em que está localizado. Ao contrário dos sólidos plásticos, um líquido não tem um ponto de escoamento: basta aplicar uma força externa arbitrariamente pequena para fazer o líquido fluir.
Preservação do volume. Uma das propriedades características de um líquido é que ele tem um certo volume (sob condições externas constantes). Um líquido é extremamente difícil de comprimir mecanicamente porque, ao contrário de um gás, há muito pouco espaço livre entre as moléculas. A pressão exercida sobre um líquido encerrado em um recipiente é transmitida sem alteração a cada ponto do volume desse líquido (a lei de Pascal também é válida para gases). Esse recurso, juntamente com a compressibilidade muito baixa, é usado em máquinas hidráulicas. Os líquidos normalmente aumentam de volume (expandem) quando aquecidos e diminuem de volume (contraem) quando resfriados. No entanto, há exceções, por exemplo, a água se comprime quando aquecida, em pressão normal e temperaturas de 0 °C a aproximadamente 4 °C.
Viscosidade. Além disso, líquidos (como gases) são caracterizados pela viscosidade. É definida como a capacidade de resistir ao movimento de uma das partes em relação à outra - ou seja, como atrito interno. Quando camadas adjacentes de um líquido se movem uma em relação à outra, inevitavelmente ocorre uma colisão de moléculas, além daquela devido ao movimento térmico. Existem forças que retardam o movimento ordenado. Ao mesmo tempo, a energia cinética do movimento ordenado se transforma em energia térmica - a energia do movimento caótico das moléculas.O líquido no recipiente, posto em movimento e entregue a si mesmo, parará gradualmente, mas sua temperatura aumentará.
Formação de superfície livre e tensão superficial. Devido à conservação do volume, o líquido é capaz de formar uma superfície livre. Essa superfície é a interface de fase de uma determinada substância: de um lado há uma fase líquida, do outro - um gasoso (vapor) e, possivelmente, outros gases, como o ar. Se as fases líquida e gasosa de uma mesma substância estiverem em contato, surgem forças que tendem a reduzir a área de interface - forças de tensão superficial. A interface se comporta como uma membrana elástica que tende a encolher. A tensão superficial pode ser explicada pela atração entre as moléculas do líquido. Cada molécula atrai outras moléculas, procura "se cercar" delas e, portanto, sair da superfície. Assim, a superfície tende a diminuir. Portanto, bolhas de sabão e bolhas durante a fervura tendem a assumir uma forma esférica: para um determinado volume, uma bola tem uma superfície mínima. Se apenas as forças de tensão superficial atuarem sobre um líquido, ele necessariamente assumirá uma forma esférica - por exemplo, gotas de água na ausência de peso. Pequenos objetos com densidade maior que a densidade de um líquido são capazes de “flutuar” na superfície do líquido, pois a força da gravidade é menor que a força que impede o aumento da área superficial. (Consulte Tensão superficial.)
Evaporação e condensação. A evaporação é a transição gradual de uma substância de uma fase líquida para uma fase gasosa (vapor). Durante o movimento térmico, algumas moléculas deixam o líquido através de sua superfície e se transformam em vapor. Ao mesmo tempo, algumas das moléculas voltam do vapor para o líquido. Se mais moléculas saem do líquido do que entram, ocorre a evaporação. A condensação é o processo inverso, a transição de uma substância do estado gasoso para o estado líquido. Nesse caso, mais moléculas passam do vapor para o líquido do que para o vapor do líquido. A evaporação e a condensação são processos de não equilíbrio, ocorrem até que o equilíbrio local seja estabelecido (se estabelecido), e o líquido pode evaporar completamente, ou entrar em equilíbrio com seu vapor, quando tantas moléculas deixam o líquido quanto retornam.
A ebulição é o processo de vaporização dentro de um líquido. A uma temperatura suficientemente alta, a pressão do vapor torna-se maior do que a pressão no interior do líquido, e as bolhas de vapor começam a se formar ali, que (sob a gravidade) flutuam para o topo.
O molhamento é um fenômeno de superfície que ocorre quando um líquido entra em contato com uma superfície sólida na presença de vapor, ou seja, nas interfaces de três fases. A molhagem caracteriza a “aderência” de um líquido à superfície e sua dispersão (ou, inversamente, repulsão e não dispersão). Existem três casos: sem molhagem, molhagem limitada e molhagem completa.
A miscibilidade é a capacidade dos líquidos de se dissolverem uns nos outros. Um exemplo de líquidos miscíveis: água e álcool etílico, um exemplo de líquidos imiscíveis: água e óleo líquido.
Difusão. Quando dois líquidos miscíveis estão em um recipiente, como resultado do movimento térmico, as moléculas começam a passar gradualmente pela interface e, assim, os líquidos se misturam gradualmente. Esse fenômeno é chamado de difusão (também ocorre em substâncias em outros estados de agregação).
Superaquecimento e hipotermia. Um líquido pode ser aquecido acima do ponto de ebulição de tal forma que a ebulição não ocorra. Isso requer aquecimento uniforme, sem diferenças significativas de temperatura dentro do volume e sem influências mecânicas, como vibração. Se algo é jogado em um líquido superaquecido, ele ferve instantaneamente. Água superaquecida é fácil de entrar no micro-ondas. Subresfriamento - resfriamento de um líquido abaixo do ponto de congelamento sem se transformar em um estado sólido de agregação. Assim como no superaquecimento, o subresfriamento requer a ausência de vibração e flutuações significativas de temperatura.
Convivência com outras fases. Formalmente, para a coexistência em equilíbrio de uma fase líquida com outras fases da mesma substância - gasosa ou cristalina - são necessárias condições estritamente definidas. Assim, a uma dada pressão, é necessária uma temperatura estritamente definida. No entanto, na natureza e na tecnologia, em toda parte o líquido coexiste com o vapor, ou também com um estado sólido de agregação - por exemplo, água com vapor de água e muitas vezes com gelo (se considerarmos o vapor como uma fase separada presente junto com o ar). Isso se deve aos seguintes motivos:
- Estado de não equilíbrio. Leva tempo para o líquido evaporar, até que o líquido evapore completamente, ele coexiste com o vapor. Na natureza, a água está constantemente evaporando, assim como o processo inverso - condensação.
- volume fechado. O líquido em um recipiente fechado começa a evaporar, mas como o volume é limitado, a pressão de vapor aumenta, fica saturado antes mesmo que o líquido tenha evaporado completamente, se sua quantidade for grande o suficiente. Quando o estado de saturação é atingido, a quantidade de líquido evaporado é igual à quantidade de líquido condensado, o sistema entra em equilíbrio. Assim, em um volume limitado, podem ser estabelecidas as condições necessárias para a coexistência de equilíbrio entre líquido e vapor.
- A presença da atmosfera nas condições de gravidade terrestre. A pressão atmosférica atua sobre um líquido (ar e vapor), enquanto para o vapor, praticamente apenas sua pressão parcial deve ser levada em consideração. Portanto, o líquido e o vapor acima de sua superfície correspondem a pontos diferentes no diagrama de fases, na região da existência da fase líquida e na região da existência da fase gasosa, respectivamente. Isso não cancela a evaporação, mas a evaporação leva tempo durante o qual ambas as fases coexistem. Sem essa condição, os líquidos ferveriam e evaporariam muito rapidamente.
Capítulo 2. Gás
2.1. O conceito de gás
O GÁS é um dos estados agregados de uma substância em que suas partículas constituintes (átomos, moléculas) estão localizadas a distâncias consideráveis umas das outras e estão em movimento livre. Ao contrário de um líquido e um sólido, onde as moléculas estão a curtas distâncias e são conectadas umas às outras por forças atrativas e repulsivas de magnitude considerável, a interação de moléculas em um gás se manifesta apenas em curtos momentos de sua aproximação (colisão). Neste caso, há uma mudança brusca na magnitude e direção da velocidade das partículas em colisão.
O nome "gás" vem da palavra grega "haos" e foi introduzido por Van Helmont no início do século XVII; reflete bem a verdadeira natureza do movimento das partículas em um gás, que é caracterizado por completa desordem e caos . Ao contrário dos líquidos, por exemplo, os gases não formam uma superfície livre e preenchem uniformemente todo o volume disponível para eles. O estado gasoso, se incluídos os gases ionizados, é o estado mais comum da matéria no Universo (atmosferas de planetas, estrelas, nebulosas, matéria interestelar, etc.).
2.2. Movimento da molécula
O movimento das moléculas nos gases é aleatório: as velocidades das moléculas não têm nenhuma direção preferencial, mas são distribuídas aleatoriamente em todas as direções. Devido às colisões de moléculas entre si, suas velocidades mudam o tempo todo, tanto em direção quanto em valor absoluto. Portanto, as velocidades das moléculas podem diferir muito umas das outras. A qualquer momento em um gás há moléculas se movendo extremamente rápido e moléculas se movendo relativamente devagar. No entanto, o número de moléculas que se movem muito mais devagar ou muito mais rápido do que as outras é pequeno. A maioria das moléculas se move a velocidades que diferem relativamente pouco de alguma velocidade média, que depende do tipo de moléculas e da temperatura do corpo. No que segue, falando da velocidade das moléculas, vamos nos referir à sua velocidade média. Voltaremos à questão de medir e calcular a velocidade média das moléculas mais tarde. Em muitas discussões sobre o movimento de moléculas de gás, o conceito de caminho livre médio desempenha um papel importante. O caminho livre médio é a distância média percorrida pelas moléculas entre duas colisões sucessivas. À medida que a densidade do gás diminui, o caminho livre médio aumenta. À pressão atmosférica e 0 ° C, o caminho livre médio das moléculas de ar é de aproximadamente 10-8-10-7 m (Fig. 371).
Arroz. 371. Este é aproximadamente o caminho de uma molécula de ar à pressão normal (aumentada um milhão de vezes)
Em gases muito rarefeitos (por exemplo, dentro de lâmpadas elétricas ocas), o caminho livre médio atinge vários centímetros e até dezenas de centímetros. Aqui as moléculas se movem de parede a parede quase sem colisão. Moléculas em sólidos oscilam em torno de posições médias. Nos líquidos, as moléculas também oscilam em torno de suas posições médias. No entanto, de tempos em tempos, cada molécula salta para uma nova posição intermediária, a várias distâncias intermoleculares da anterior.
2.3. Propriedades do gás
No estado gasoso, a energia de interação das partículas entre si é muito menor que sua energia cinética: EMMB<< Екин.
Portanto, as moléculas de gás (átomos) não são mantidas juntas, mas se movem livremente em um volume muito maior que o volume das próprias partículas. As forças de interação intermolecular se manifestam quando as moléculas se aproximam umas das outras a uma distância suficientemente próxima. A fraca interação intermolecular determina a baixa densidade do gás, o desejo de expansão ilimitada, a capacidade de exercer pressão nas paredes do vaso, impedindo esse desejo. As moléculas de gás estão em movimento caótico aleatório e não há ordem no gás em relação ao arranjo das moléculas. O estado do gás é caracterizado por: temperatura - T, pressão - pe volume - V. Em baixas pressões e altas temperaturas, todos os gases típicos se comportam aproximadamente da mesma forma. Mas já em temperaturas normais e, principalmente, baixas e altas pressões, começam a aparecer as individualidades dos gases. Um aumento na pressão externa e uma diminuição na temperatura aproximam as partículas de gás, de modo que a interação intermolecular começa a se manifestar em maior extensão. Para esses gases, a equação de Mendeleev-Clapeyron não pode mais ser aplicada: em vez disso, a equação de Van der Waals deve ser aplicada:
onde aeb são termos constantes, levando em consideração a presença de forças atrativas entre as moléculas e o volume intrínseco das moléculas, respectivamente.
Quando os gases são comprimidos, quando há um aumento significativo em sua densidade, as forças IMF tornam-se cada vez mais perceptíveis, o que leva à criação de condições para a formação de vários associados a partir de moléculas. Associados são grupos de moléculas relativamente instáveis. Decorre da natureza dos componentes do MMW que as forças universais de interação aumentam com o aumento do tamanho dos átomos, a polarizabilidade aumenta acentuadamente, portanto, quanto mais pesadas as partículas do mesmo tipo (átomos ou moléculas) de uma substância, mais geralmente maior o grau de sua associação a uma determinada temperatura, as temperaturas mais baixas tal substância passa de gás para líquido.
Capítulo 3
3.1. O conceito de cristais
O mundo dos cristais é um mundo não menos belo, diverso, em desenvolvimento, muitas vezes não menos misterioso do que o mundo da vida selvagem. A importância dos cristais para as ciências geológicas reside no fato de que a grande maioria da crosta terrestre está em estado cristalino. Na classificação desses objetos fundamentais da geologia como minerais e rochas, o conceito de cristal é primário, elementar, semelhante a um átomo no sistema periódico de elementos ou a uma molécula na classificação química de substâncias. De acordo com a declaração aforística do famoso mineralogista, professor do Instituto de Mineração de São Petersburgo D.P. Grigoriev, "um mineral é um cristal". É claro que as propriedades dos minerais e rochas estão intimamente relacionadas com as propriedades gerais do estado cristalino.
A palavra "cristal" é grega (??????????), seu significado original é "gelo". No entanto, já na antiguidade, esse termo foi transferido para poliedros naturais transparentes de outras substâncias (quartzo, calcita etc.), pois acreditava-se que também era gelo, que, por algum motivo, recebia estabilidade em altas temperaturas. Em russo, esta palavra tem duas formas: na verdade "cristal", que significa um corpo poliédrico de ocorrência natural, e "cristal" - um tipo especial de vidro com alto índice de refração, bem como quartzo incolor transparente ("cristal de rocha"). Na maioria dos idiomas europeus, a mesma palavra é usada para ambos os conceitos (compare o inglês "Crystal Palace" - "Crystal Palace" em Londres e "Crystal Growth" - uma revista internacional sobre crescimento de cristais).
A humanidade conheceu os cristais nos tempos antigos. Isso se deve, em primeiro lugar, à sua capacidade de auto-corte, que muitas vezes é realizada na natureza, ou seja, de tomar espontaneamente a forma de poliedros surpreendentemente perfeitos. Mesmo uma pessoa moderna, tendo encontrado cristais naturais pela primeira vez, na maioria das vezes não acredita que esses poliedros não sejam obra de um artesão habilidoso. A forma dos cristais recebeu um significado mágico há muito tempo, como evidenciado por alguns achados arqueológicos. Referências a "cristal" (aparentemente, afinal, estamos falando de "cristal") são encontradas repetidamente na Bíblia (ver, por exemplo: Apocalipse de João, 21, 11; 32, 1, etc.). Entre os matemáticos, há uma opinião fundamentada de que os protótipos dos cinco poliedros regulares (sólidos de Platão) eram cristais naturais. Muitos poliedros de Arquimedes (semi-regulares) também têm análogos exatos ou muito próximos no mundo dos cristais. E na arte aplicada da antiguidade, poliedros de cristal às vezes eram usados como modelos, e mesmo aqueles que obviamente não eram considerados pela ciência da época. Por exemplo, no State Hermitage há um cordão de contas, cuja forma reproduz com alta precisão a forma característica dos cristais da bela granada mineral semipreciosa. Essas contas são feitas de ouro (presumivelmente, o trabalho do Oriente Próximo dos séculos 1 a 5 dC). Assim, os cristais há muito têm um impacto notável nas principais áreas de interesse humano: emocional (religião, arte), ideológica (religião), intelectual (ciência, arte).
3.2. Principais tipos de redes cristalinas
Nos sólidos, os átomos podem ser colocados no espaço de duas maneiras: 1) Arranjo aleatório dos átomos, quando não ocupam determinado lugar um em relação ao outro. Tais corpos são chamados amorfos 2) Um arranjo ordenado de átomos, quando os átomos ocupam lugares bem definidos no espaço, Tais substâncias são chamadas cristalinas.
Os átomos oscilam em relação à sua posição média com uma frequência de cerca de 1013 Hz. A amplitude dessas oscilações é proporcional à temperatura. Devido ao arranjo ordenado dos átomos no espaço, seus centros podem ser conectados por linhas retas imaginárias. O conjunto dessas linhas de interseção representa uma rede espacial, que é chamada de rede cristalina.
As órbitas eletrônicas externas dos átomos estão em contato, de modo que a densidade de empacotamento dos átomos na rede cristalina é muito alta. Os sólidos cristalinos consistem em grãos cristalinos - cristalitos. Em grãos adjacentes, as redes cristalinas são giradas em relação umas às outras por um certo ângulo. Em cristalitos, ordens de curto e longo alcance são observadas. Isso significa a presença de um arranjo ordenado e estabilidade tanto dos vizinhos mais próximos ao redor de um determinado átomo (ordem de curto alcance) quanto de átomos localizados a distâncias consideráveis até os limites de grão (ordem de longo alcance).
a) b)
Arroz. 1.1. Arranjo de átomos em matéria cristalina (a) e amorfa (b)
Como resultado da difusão, os átomos individuais podem deixar seus lugares nos nós da rede cristalina, no entanto, neste caso, a ordenação da estrutura cristalina como um todo não é perturbada.
Todos os metais são corpos cristalinos com um certo tipo de rede cristalina, consistindo de íons carregados positivamente de baixa mobilidade, entre os quais os elétrons livres se movem (o chamado gás de elétrons). Esse tipo de estrutura é chamado de ligação metálica. O tipo de rede é determinado pela forma de um corpo geométrico elementar, cuja repetição múltipla ao longo de três eixos espaciais forma a rede de um dado corpo cristalino.
A) B)
CD)
Arroz. 1.2. Os principais tipos de redes cristalinas de metais:
A) cúbico (1 átomo por célula)
B) cúbico de corpo centrado (bcc) (2 átomos por célula)
etc.................
O líquido ocupa uma posição intermediária em propriedades e estrutura entre gases e substâncias cristalinas sólidas. Portanto, tem as propriedades de substâncias gasosas e sólidas. Na teoria cinética molecular, diferentes estados agregados de uma substância estão associados a diferentes graus de ordem molecular. Para sólidos, os chamados ordem de longo alcance no arranjo de partículas, ou seja, seu arranjo ordenado, repetindo-se por longas distâncias. Em líquidos, os chamados ordem de curto alcance no arranjo de partículas, ou seja, seu arranjo ordenado, repetindo-se a distâncias, é comparável aos interatômicos. Em temperaturas próximas à temperatura de cristalização, a estrutura líquida é próxima à de um sólido. Em altas temperaturas, próximas ao ponto de ebulição, a estrutura do líquido corresponde ao estado gasoso - quase todas as moléculas participam do movimento térmico caótico.
Os líquidos, como os sólidos, têm um certo volume e, como os gases, assumem a forma do recipiente em que estão localizados. As moléculas de gás praticamente não estão interligadas pelas forças de interação intermolecular e, neste caso, a energia média do movimento térmico das moléculas de gás é muito maior do que a energia potencial média devido às forças de atração entre elas, de modo que as moléculas de gás se espalham em direções diferentes e o gás ocupa o volume fornecido a ele. Em corpos sólidos e líquidos, as forças de atração entre as moléculas já são significativas e mantêm as moléculas a uma certa distância umas das outras. Nesse caso, a energia média do movimento térmico das moléculas é menor que a energia potencial média devido às forças de interação intermolecular, e não é suficiente para superar as forças de atração entre as moléculas, de modo que sólidos e líquidos têm um certo volume .
A pressão em líquidos aumenta muito rapidamente com o aumento da temperatura e a diminuição do volume. A expansão volumétrica dos líquidos é muito menor que a dos vapores e gases, pois as forças que unem as moléculas em um líquido são mais significativas; a mesma observação se aplica à expansão térmica.
As capacidades caloríficas dos líquidos geralmente aumentam com a temperatura (embora ligeiramente). A razão C p /C V é praticamente igual a um.
A teoria do fluido não foi totalmente desenvolvida até hoje. O desenvolvimento de vários problemas no estudo das propriedades complexas de um líquido pertence a Ya.I. Frenkel (1894-1952). Ele explicou o movimento térmico em um líquido pelo fato de que cada molécula oscila por algum tempo em torno de uma certa posição de equilíbrio, após o que salta para uma nova posição, que está a uma distância da ordem da distância interatômica da inicial. Assim, as moléculas do líquido se movem muito lentamente ao longo da massa do líquido. Com o aumento da temperatura do líquido, a frequência do movimento oscilatório aumenta acentuadamente e a mobilidade das moléculas aumenta.
Com base no modelo de Frenkel, é possível explicar algumas características distintas propriedades do líquido. Assim, os líquidos, mesmo próximos da temperatura crítica, têm uma viscosidade que os gases, e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura (em vez de aumentar, como nos gases). Isso é explicado por uma natureza diferente do processo de transferência de momento: ele é transferido por moléculas que saltam de um estado de equilíbrio para outro, e esses saltos se tornam muito mais frequentes com o aumento da temperatura. Difusão em líquidos ocorre apenas devido a saltos moleculares e ocorre muito mais lentamente do que em gases. Condutividade térmica líquidos é devido à troca de energia cinética entre partículas oscilando em torno de suas posições de equilíbrio com diferentes amplitudes; saltos bruscos de moléculas não desempenham um papel perceptível. O mecanismo de condução de calor é semelhante ao seu mecanismo em gases. Uma característica de um líquido é sua capacidade de ter Superfície livre(não limitado por paredes sólidas).
