От порядкового номера элемента

При переходе от твёрдого состояния вещества к газообразному взаимодействие между частицами ослабевает.

химическая реакция). Эти свойства га­зов обусловлены тем, что молекулы в них находятся далеко друг от друга. Доля свободного объёма, т. е. про­странства, не занятого самими моле­кулами, в газах при нормальных усло­виях (атмосферном давлении и температуре 0 °С) составляет более 99%. В этом объёме молекулы газов хаотически движутся с большой ско­ростью, постоянно сталкиваясь друг с другом. Собственно, само слово «газ» происходит от греческого «хаос»; этот термин ввёл в XVII в. нидерландский естествоиспытатель Ян Баптист ван Гельмонт (1579—1644).

При небольших давлениях меж­молекулярными взаимодействиями в газах можно пренебречь, т. с. разные газы ведут себя практически одина­ково (если говорить о физических, а не химических свойствах). Такое со­стояние газа называется идеальным и описывается уравнением, связываю­щим его давление р, объём V, число молей n и температуру Т: pV = nRT, где R — универсальная газовая по­стоянная (R = 8,31 Дж/(моль•К)=0,082 (л•атм)/(моль • К)).

Особенно сильно межмолекуляр­ные взаимодействия проявляются при высоких давлениях и низких температурах, когда молекулы газа находятся близко друг к другу. В этом случае для описания свойств реально­го газа необходимо учитывать собст­венный объём молекул, а также силы притяжения между ними (см. статью «Волшебное число химиков»),

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ И КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Газ превращается в жидкость, когда энергия взаимного притяжения моле­кул превышает их кинетическую энергию (энергию движения). Так как силы межмолекулярного притя­жения становятся значимыми только при малых расстояниях между моле­кулами, сжижению, или конденсации (от лат. condensatio — «сгущение», «уплотнение»), способствует повышение давления. Кроме того, к сжиже­нию ведёт понижение температуры, поскольку кинетическая энергия мо­лекул при этом уменьшается.

Итак, если температуру не сни­жать, то для конденсации газа необ­ходимо значительное повышение давления. Чем выше температура, тем большее давление надо приложить. В конце концов можно достичь такой температуры, при которой газ невоз­можно перевести в жидкое состояние ни под каким давлением. Самая высо­кая температура, при которой газ ещё удаётся превратить в жидкость повышением давления, называется его критической температурой. Соответственно, давление, необхо­димое для сжижения газа при крити­ческой температуре, называется кри­тическим давлением. Критические температура и давление вещества за­висят от сил межмолекулярного при­тяжения, поэтому они индивидуаль­ны для каждого вещества и являются его характеристическими постоян­ными.

При температурах выше критиче­ской вещество находится в особом со­стоянии. Оно полностью занимает объём сосуда, что свойственно газам. Однако плотность его может быть значительно выше, чем у газов. По­этому для данной фазы обычно ис­пользуют название сверхкритический флюид (от лат. fluidus — «текучий»).

ЖИДКОСТИ

Жидкости занимают промежуточное положение между газами и твёрдыми веществами. Силы взаимного притя­жения молекул в жидкостях достаточ­но велики, чтобы удерживать молеку­лы вместе, так что, в отличие от газов, жидкости имеют постоянный объём. В то же время эти силы недо­статочны, чтобы держать молекулы в жёсткой упорядоченной структуре, и потому у жидкостей нет постоян­ной формы.

Если в газах доля свободного объ­ёма составляет более 99%, то в жид­костях — обычно лишь около 3%. То есть плотности жидкостей значи-

тельно выше и приближаются к плот­ностям твёрдых тел. Поскольку моле­кулы жидкого вещества уже находят­ся в довольно тесном контакте, сжимаемость жидкостей на много порядков ниже, чем газов.

Во внутреннем объёме жидкости молекулы имеют максимально воз­можное число «соседей», а на поверх­ности образуют меньше связей и по­тому обладают избытком энергии. Этим обусловлено одно из важней­ших свойств жидкости — поверхно­стное натяжение: жидкость всегда стремится уменьшить свою поверх­ность. Вот почему свободно падаю­щая жидкость принимает форму кап­ли, а в невесомости — форму шара, поверхность которого при данном объёме минимальна.

Подобно молекулам газа, молеку­лы жидкости находятся в постоян­ном, хотя и сильно ограниченном, движении. Некоторые из них облада­ют достаточной энергией, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения и, оторвавшись от по­верхности жидкости, перейти в газо­вую фазу. Этот процесс — испаре­ние —происходит непрерывно. Одновременно идёт и обратный про­цесс — конденсация, когда молекулы из газовой фазы возвращаются в жидкую. При неизменной температу­ре в замкнутом объёме между про­цессами испарения и конденсации устанавливается динамическое рав­новесие, и давление пара принимает постоянное значение; это давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Если температура повышается, всё больше молекул в жидкости приобре­тают необходимую для испарения энергию, поэтому давление насы­щенного пара увеличивается. Нако­нец, когда давление пара сравнивает­ся с внешним давлением, начинается интенсивное испарение не только на поверхности жидкости, но и в её объёме — кипение. При постоянном давлении температура кипения жид­кости также постоянна.

Зависимость температуры кипе­ния жидкостей от внешнего давления учитывал немецкий физик Габриель

Даниель Фаренгейт (1686—1736), за­нимаясь калибровкой изготовленных им первых точных термометров. На­пример, при понижении атмосфер­ного давления с 760 до 735 мм рт. ст. температура кипения воды уменьша­ется со 100 до 99 °С. В высокогорной местности, где атмосферное давление мало, вода кипит при ещё более низ­кой температуре, поэтому варить пи­щу приходится дольше. И наоборот, еду можно приготовить быстрее в специальной кастрюле-скороварке, где создаётся давление 1,9 атм, так что вода кипит при 118 °С!

ТВЁРДЫЕ ТЕЛА

В твёрдом веществе каждая молекула удерживается межмолекулярными силами в определённом положении относительно своих соседей. Твёр­дые тела обладают очень малой сжи­маемостью, поскольку доля свобод­ного объёма в них обычно ещё меньше, чем в жидкостях. Так что плотность данного вещества в твёр­дом состоянии, как правило, больше,