Агрегатные состояния вещества

Мы уже знаем, что вещества в природе могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Нам так же известно, что эти три состояния отличаются не молекулами, а характером расположения, взаимодействия и движения молекул в веществе.

Рассмотрим эти состояния подробнее.

Газообразное состояние. С этим состоянием вещества мы встречаемся ежедневно, например, воздух, которым мы дышим – это газ, водяные пары, пары одеколона, бензина – это тоже газы, наши квартиры отапливаются природным газом.

Для того, чтобы выяснить структуру газа проанализируем его свойства.

1. Газы легко сжимаются. Воздушный шарик легко сжать, надавив на него. После прекращения воздействия шарик восстанавливает прежнее состояние (рис.2.13 (шарик до и после сжатия)).

2. Газ занимает весь предоставленный ему объем. Если взять пустую бутылку и капнуть в нее каплю брома (жидкость коричневого цвета), то мы увидим, как постепенно вся бутылка заполняется газом светло коричневого цвета – парами брома (рис.2.14) (две бутылки: одна с каплей брома, другая с его парами)).

3. Газы легко изменяют свою форму, принимая форму сосуда, в котором находятся.

Исходя из этого, можно утверждать, что расстояния между молекулами газа большие. На таких расстояниях молекулы очень слабо притягиваются друг к другу. Именно поэтому газы не имеют собственной формы и определенного объема. Кроме этого, молекулы в газах непрерывно и хаотично движутся, причем достаточно быстро. Это доказывает характер протекания диффузии в газах.

Про молекулы газа говорят, что среди них царит ближний и дальний беспорядок (рис.2.15 (движение и расположение молекул в газе)).

Так как расстояния между молекулами газа велики, то каждая молекула определенное время движется по прямой линии, не сталкиваясь с другими молекулами. После же столкновения она меняет направление своего движения и продолжает двигаться прямолинейно в новом направлении до следующего столкновения. Таких столкновений молекула испытывает несколько миллиардов в секунду.

Жидкое состояние. И с этим состоянием вещества мы встречаемся очень часто. Вспомним хотя бы воду в океанах, морях, реках, молоко, растительное масло, бензин, нефть.

Опять же, для того, чтобы выяснить структуру жидкости обратимся к известным свойствам жидкости.

1. Жидкости имеют собственный объем, но не имеют собственной формы. Они принимают форму сосуда, в который их наливают (рис.2.16 (три разных по форме сосуда с водой)). И только маленькие капельки жидкости имеют свою форму – форму шара. Капельки росы на листьях шарообразны, так же как и капельки ртути, упавшие на стол (2.17 (капли на листьях и на столе)).

2. Жидкости текучи. Их легко перелить из одного сосуда в другой.

3. Жидкости мало сжимаемы. Известен опыт, в котором воду пробовали сжать следующим образом: ее налили в свинцовый шар и шар запаяли, чтобы вода не смогла вылиться при его сжатии. После этого по шару ударили тяжелым молотком, чтобы шар сжался сам и сжал воду. Но вода не сжалась, а просочилась сквозь стенки шара.

4. Жидкости обладают свободной поверхностью. Так, если жидкость не полностью заполняет сосуд, то у нее образуется слой, граничащий с воздухом (рис.2.18).

Исходя из перечисленных свойств жидкости, можно утверждать, что молекулы жидкости плотно упакованы и расстояние между ними малы. На таких расстояниях молекулы достаточно сильно притягиваются друг к другу и не расходятся на большие расстояния (рис.2.19 (молекулы воды и их расположение)). Но притяжение между молекулами жидкости не настолько велико, чтобы удерживать их в определенном положении, поэтому жидкости текут и не сохраняют форму. Жидкости можно легко разделять, например, если засунуть руку в воду, то мы легко зачерпнем часть воды в руку. Молекулы в жидкостях двигаются быстро, но медленнее, чем в газах.

В жидкости молекула от одного столкновения до другого проходит небольшое расстояние, соизмеримое с размерами молекул.

Про молекулы жидкости говорят, что у них есть ближний порядок и дальний беспорядок. Возле каждой молекулы жидкости всегда находится определенное число других молекул жидкости. В то же время молекулы в жидкости совершают перескоки с места на место, поэтому порядка в расположении молекул по всему объему жидкости нет.

Твердое состояние. Нет необходимости говорить о том, что с твердыми телами мы имеем дело постоянно.

Вспомним известные нам свойства твердых тел.

1. Твердое тело сохраняет объем и форму. Многие из них имеют естественную, правильную, сложную и красивую форму, например снежинки или крупинки соли (рис.2.20 (снежинки)).

2. Твердое тело трудно разрушить. Для этого необходимо приложить большое усилие. Сломать стальной прут достаточно трудно.

3. Твердое тело трудно сжать или растянуть. Для того, чтобы растянуть или сжать стальной стержень, необходимо приложить очень большое усилие.

Исходя их этих фактов, можно сделать следующие выводы: расстояния между молекулами и атомами большинства твердых тел малы. Атомы и молекулы в твердых телах настолько сильно взаимодействуют друг с другом, что это взаимодействие обеспечивает определенный порядок в их расположении. Этот порядок у разных твердых тел различен. Такие твердые тела называются кристаллическими (рис.2.21 (разные кристаллы)). Молекулы или атомы твердых тел тоже движутся, но их движение сводится к колебанию около определенных точек, которые называют узлами кристаллической решетки. Из-за больших сил взаимодействия атомы в твердых телах не могут перемещаться далеко от узла решетки. Этим объясняется правильность форм твердых тел и неспособность к растеканию.

Напоминаем, что молекулы одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях одинаковы, различно только их расположение и движение (рис.2.22 (лед, вода и пар)).

Вопросы для самоконтроля:

1. Как вам известно, молекулы таких веществ как вода, водяной пар и лед одинаковы. От чего же зависит то или иное агрегатное состояние вещества?

2. Опираясь на молекулярное учение о строении вещества, объясните, почему газ не имеет собственного объема и форму?

3. Опираясь на молекулярное учение о строении вещества, объясните, почему жидкость не сохраняет свою форму, а твердое тело имеет собственную форму?

4. В чем состоит сходство и различие свойств жидкостей и газов? Объяснение дайте, опираясь на молекулярное учение о строении вещества.

5. Назовите свойства твердых тел, отличающих их от жидкостей.