ลำดับของโมเลกุลในของแข็ง แนวคิดแบบจำลองนามธรรมเกี่ยวกับโครงสร้างของของเหลว ก๊าซ และคริสตัล
พลังงานจลน์ของโมเลกุล
ในก๊าซ โมเลกุลจะเคลื่อนที่อย่างอิสระ (แยกจากโมเลกุลอื่น) เพียงบางครั้งชนกันหรือชนกับผนังของภาชนะบรรจุเท่านั้น ตราบใดที่โมเลกุลเคลื่อนที่อย่างอิสระ มันก็มีเพียงพลังงานจลน์เท่านั้น ในระหว่างการชน โมเลกุลจะได้รับพลังงานศักย์ด้วย ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของก๊าซคือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของโมเลกุล ยิ่งก๊าซทำให้บริสุทธิ์มากขึ้น โมเลกุลก็จะยิ่งมีสถานะเคลื่อนที่อย่างอิสระในแต่ละช่วงเวลามากขึ้นเท่านั้น โดยมีเพียงพลังงานจลน์เท่านั้น ดังนั้น เมื่อก๊าซทำให้บริสุทธิ์ สัดส่วนของพลังงานศักย์จะลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานจลน์
พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลที่สมดุลของก๊าซในอุดมคติมีคุณลักษณะที่สำคัญอย่างหนึ่ง: ในส่วนผสมของก๊าซที่แตกต่างกัน พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลสำหรับส่วนประกอบต่างๆ ของส่วนผสมจะเท่ากัน
เช่น อากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซ พลังงานเฉลี่ยของโมเลกุลอากาศสำหรับส่วนประกอบทั้งหมดภายใต้สภาวะปกติ เมื่ออากาศยังถือเป็นก๊าซในอุดมคติได้จะเท่ากัน คุณสมบัติของก๊าซในอุดมคตินี้สามารถพิสูจน์ได้บนพื้นฐานของการพิจารณาทางสถิติทั่วไป ข้อพิสูจน์ที่สำคัญต่อจากนี้: หากก๊าซสองชนิด (ในภาชนะต่างกัน) อยู่ในสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกัน พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก็จะเท่ากัน
ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลและอะตอมมักจะมากกว่าขนาดของโมเลกุลเองมาก ดังนั้น แรงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลจะมีไม่มากนัก ส่งผลให้ก๊าซไม่มีรูปร่างและปริมาตรไม่คงที่ ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่ายและสามารถขยายตัวได้ไม่จำกัด โมเลกุลของก๊าซเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ (แปลได้ว่าสามารถหมุนได้) บางครั้งก็ชนกับโมเลกุลอื่นและผนังของถังซึ่งมีก๊าซตั้งอยู่และพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก
การเคลื่อนที่ของอนุภาคในของแข็ง
โครงสร้างของของแข็งนั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจากโครงสร้างของก๊าซ ในระยะทางระหว่างโมเลกุลมีขนาดเล็กและพลังงานศักย์ของโมเลกุลเทียบได้กับพลังงานจลน์ อะตอม (หรือไอออนหรือโมเลกุลทั้งหมด) ไม่สามารถเรียกว่าไม่มีการเคลื่อนไหวได้ แต่จะทำการเคลื่อนที่แบบสุ่มรอบตำแหน่งเฉลี่ย ยิ่งอุณหภูมิสูง พลังงานการสั่นก็จะยิ่งมากขึ้น และแอมพลิจูดเฉลี่ยของการสั่นก็จะยิ่งมากขึ้นด้วย การสั่นสะเทือนจากความร้อนของอะตอมยังอธิบายความจุความร้อนของของแข็งด้วย ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของแข็งที่เป็นผลึก คริสตัลทั้งหมดโดยรวมเป็นระบบออสซิลลาทอรีคู่ที่ซับซ้อนมาก การเบี่ยงเบนของอะตอมจากตำแหน่งเฉลี่ยนั้นมีน้อย ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าอะตอมนั้นอยู่ภายใต้การกระทำของแรงเสมือนยืดหยุ่นซึ่งเป็นไปตามกฎเชิงเส้นของฮุค ระบบการแกว่งดังกล่าวเรียกว่าเชิงเส้น
มีทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้นเกี่ยวกับระบบที่มีการแกว่งเชิงเส้น มันพิสูจน์ทฤษฎีบทที่สำคัญมากซึ่งมีสาระสำคัญดังนี้ หากระบบทำการสั่นที่เชื่อมต่อระหว่างกันขนาดเล็ก (เชิงเส้น) ดังนั้นโดยการแปลงพิกัดนั้นสามารถลดลงอย่างเป็นทางการเป็นระบบออสซิลเลเตอร์อิสระ (ซึ่งสมการการแกว่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับกันและกัน) ระบบของออสซิลเลเตอร์อิสระมีพฤติกรรมเหมือนแก๊สในอุดมคติในแง่ที่ว่าอะตอมของออสซิลเลเตอร์ชนิดหลังถือได้ว่าเป็นอิสระเช่นกัน
กฎของโบลต์ซมันน์ใช้แนวคิดเรื่องความเป็นอิสระของอะตอมแก๊ส ข้อสรุปที่สำคัญมากนี้เป็นพื้นฐานที่ง่ายและเชื่อถือได้สำหรับทฤษฎีของแข็งทั้งหมด
กฎของโบลต์ซมันน์
จำนวนออสซิลเลเตอร์ที่มีพารามิเตอร์ที่กำหนด (พิกัดและความเร็ว) ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับจำนวนโมเลกุลของก๊าซในสถานะที่กำหนด ตามสูตร:
พลังงานออสซิลเลเตอร์
กฎของโบลต์ซมันน์ (1) ในทฤษฎีวัตถุที่เป็นของแข็งไม่มีข้อจำกัด แต่สูตร (2) สำหรับพลังงานออสซิลเลเตอร์นั้นได้มาจากกลศาสตร์คลาสสิก เมื่อพิจารณาของแข็งในทางทฤษฎี เราจะต้องอาศัยกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งมีคุณลักษณะเฉพาะจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานของเครื่องออสซิลเลเตอร์แบบไม่ต่อเนื่อง ความไม่ต่อเนื่องของพลังงานออสซิลเลเตอร์นั้นไม่มีนัยสำคัญเฉพาะที่ค่าพลังงานที่สูงเพียงพอเท่านั้น ซึ่งหมายความว่า (2) สามารถใช้ได้เฉพาะที่อุณหภูมิสูงเพียงพอเท่านั้น ที่อุณหภูมิสูงของของแข็ง ใกล้กับจุดหลอมเหลว กฎของการกระจายพลังงานสม่ำเสมอเหนือระดับความอิสระเป็นไปตามกฎของโบลต์ซมันน์ หากในก๊าซสำหรับระดับความอิสระแต่ละระดับ โดยเฉลี่ยแล้วปริมาณพลังงานเท่ากับ (1/2) kT ออสซิลเลเตอร์จะมีระดับความอิสระหนึ่งระดับ นอกเหนือจากพลังงานจลน์ด้วยพลังงานศักย์ ดังนั้น ต่อความอิสระหนึ่งระดับในของแข็งที่อุณหภูมิสูงพอสมควร จะมีพลังงานเท่ากับ kT ตามกฎหมายนี้ การคำนวณพลังงานภายในทั้งหมดของร่างกายของแข็งและความจุความร้อนหลังจากนั้นไม่ใช่เรื่องยาก โมลของของแข็งประกอบด้วยอะตอมของ NA และแต่ละอะตอมมีระดับความอิสระสามระดับ ดังนั้นโมลจึงมีออสซิลเลเตอร์ NA 3 ตัว พลังงานของของแข็งหนึ่งโมล
และความจุความร้อนโมลของของแข็งที่อุณหภูมิสูงพอสมควรคือ
ประสบการณ์ยืนยันกฎหมายนี้
ของเหลวมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างก๊าซและของแข็ง โมเลกุลของของเหลวจะไม่กระจายตัวในระยะทางไกล และของเหลวจะคงปริมาตรไว้ภายใต้สภาวะปกติ แต่แตกต่างจากของแข็งตรงที่โมเลกุลไม่เพียงสั่นสะเทือน แต่ยังกระโดดจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งด้วยนั่นคือพวกมันทำการเคลื่อนไหวอย่างอิสระ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ของเหลวจะเดือด (มีจุดเดือดที่เรียกว่า) และกลายเป็นก๊าซ เมื่ออุณหภูมิลดลง ของเหลวจะตกผลึกและกลายเป็นของแข็ง มีจุดหนึ่งในสนามอุณหภูมิที่ขอบเขตระหว่างก๊าซ (ไออิ่มตัว) และของเหลวหายไป (จุดวิกฤต) รูปแบบของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลในของเหลวใกล้กับอุณหภูมิการแข็งตัวจะคล้ายคลึงกับพฤติกรรมของโมเลกุลในของแข็งมาก ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์ความจุความร้อนจะเท่ากันทุกประการ เนื่องจากความจุความร้อนของสารเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระหว่างการหลอม เราจึงสามารถสรุปได้ว่าธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของเหลวนั้นใกล้เคียงกับการเคลื่อนที่ในของแข็ง (ที่อุณหภูมิหลอมเหลว) เมื่อถูกความร้อนคุณสมบัติของของเหลวจะค่อยๆเปลี่ยนไปและกลายเป็นเหมือนก๊าซมากขึ้น ในของเหลว พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคจะน้อยกว่าพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล พลังงานของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในของเหลวและของแข็งแตกต่างกันเล็กน้อย หากเราเปรียบเทียบความร้อนของการหลอมเหลวและความร้อนของการระเหย เราจะเห็นว่าในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะการรวมตัวหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง ความร้อนของการหลอมรวมจะต่ำกว่าความร้อนของการกลายเป็นไออย่างมีนัยสำคัญ คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่เพียงพอเกี่ยวกับโครงสร้างของของเหลวสามารถให้ได้โดยใช้ฟิสิกส์เชิงสถิติเท่านั้น ตัวอย่างเช่น หากของเหลวประกอบด้วยโมเลกุลทรงกลมที่เหมือนกัน โครงสร้างของของเหลวก็สามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันการกระจายแนวรัศมี g(r) ซึ่งให้ความน่าจะเป็นในการตรวจจับโมเลกุลใดๆ ที่ระยะห่าง r จากโมเลกุลที่เลือกไว้เป็นจุดอ้างอิง ฟังก์ชันนี้สามารถพบได้โดยการทดลองโดยการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์หรือนิวตรอน หรือการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของฟังก์ชันนี้สามารถทำได้โดยใช้กลศาสตร์ของนิวตัน
ทฤษฎีจลน์ของของเหลวได้รับการพัฒนาโดย Ya.I. เฟรนเคิล. ในทฤษฎีนี้ ของเหลวถือเป็นระบบไดนามิกของออสซิลเลเตอร์ที่กลมกลืนกัน เช่นเดียวกับในกรณีของของแข็ง แต่ตำแหน่งสมดุลของโมเลกุลในของเหลวนั้นแตกต่างจากวัตถุแข็งตรงที่ตำแหน่งสมดุลเป็นเพียงชั่วคราว หลังจากการแกว่งไปรอบตำแหน่งหนึ่ง โมเลกุลของเหลวจะกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ที่อยู่ใกล้เคียง การกระโดดดังกล่าวเกิดขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงาน เวลา "ชีวิตที่ตกตะกอน" โดยเฉลี่ยของโมเลกุลของเหลวสามารถคำนวณได้ดังนี้:
\[\ซ้าย\langle t\right\rangle =t_0e^(\frac(W)(kT))\left(5\right),\]
โดยที่ $t_0\ $ คือคาบของการแกว่งรอบตำแหน่งสมดุลหนึ่งตำแหน่ง พลังงานที่โมเลกุลต้องได้รับเพื่อที่จะเคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งเรียกว่าพลังงานกระตุ้น W และเวลาที่โมเลกุลอยู่ในตำแหน่งสมดุลเรียกว่า “ชีวิตที่ตกตะกอน” เวลา t
ตัวอย่างเช่น สำหรับโมเลกุลของน้ำ ที่อุณหภูมิห้อง หนึ่งโมเลกุลจะผ่านการสั่นสะเทือนประมาณ 100 ครั้งและกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของของเหลวมีความแข็งแรงเพื่อรักษาปริมาตรไว้ แต่อายุการใช้งานที่จำกัดของโมเลกุลจะนำไปสู่การเกิดขึ้นของปรากฏการณ์เช่นความลื่นไหล ในระหว่างการสั่นของอนุภาคใกล้กับตำแหน่งสมดุล อนุภาคจะชนกันอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นแม้แต่การบีบอัดของเหลวเพียงเล็กน้อยก็ทำให้เกิดการ "แข็งตัว" ของการชนกันของอนุภาคอย่างรุนแรง ซึ่งหมายความว่าความดันของของเหลวบนผนังของภาชนะที่ถูกบีบอัดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ตัวอย่างที่ 1
ภารกิจ: กำหนดความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง สมมติว่าอุณหภูมิของทองแดงใกล้กับจุดหลอมเหลว (มวลโมลาร์ของทองแดง $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$
ตามกฎของ Dulong และ Petit โมลของสารเชิงเคมีที่อุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลวจะมีความจุความร้อน:
ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง:
\[С=\frac(с)(\mu )\to С=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[С=\frac(3\cdot 8.31) (63 \cdot 10^(-3))=0.39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]
คำตอบ: ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง $0.39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$
งานมอบหมาย: อธิบายด้วยวิธีง่ายๆ จากมุมมองทางฟิสิกส์เกี่ยวกับกระบวนการละลายเกลือ (NaCl) ในน้ำ
พื้นฐานของทฤษฎีการแก้ปัญหาสมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นโดย D.I. เมนเดเลเยฟ. เขากำหนดว่าในระหว่างการละลาย กระบวนการสองกระบวนการเกิดขึ้นพร้อมกัน: ทางกายภาพ - การกระจายตัวของอนุภาคของตัวถูกละลายอย่างสม่ำเสมอตลอดปริมาตรทั้งหมดของสารละลาย และทางเคมี - ปฏิกิริยาระหว่างตัวทำละลายกับตัวถูกละลาย เราสนใจกระบวนการทางกายภาพ โมเลกุลของเกลือไม่ทำลายโมเลกุลของน้ำ ในกรณีนี้น้ำจะระเหยไปไม่ได้ ถ้าโมเลกุลของเกลือมารวมกันกับโมเลกุลของน้ำ เราก็จะได้สารใหม่ขึ้นมา และโมเลกุลของเกลือไม่สามารถทะลุเข้าไปภายในโมเลกุลได้
พันธะไอออน-ไดโพลเกิดขึ้นระหว่าง Na+ และ Cl-ion ของโมเลกุลคลอรีนและน้ำขั้วโลก ปรากฎว่าแข็งแกร่งกว่าพันธะไอออนิกในโมเลกุลของเกลือแกง จากกระบวนการนี้ พันธะระหว่างไอออนที่อยู่บนพื้นผิวของผลึก NaCl จะลดลง ไอออนของโซเดียมและคลอรีนจะถูกแยกออกจากคริสตัล และโมเลกุลของน้ำจะก่อตัวที่เรียกว่าเปลือกไฮเดรชั่นรอบๆ ไอออนเหล่านั้น ไอออนไฮเดรตที่แยกออกจากกันภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน จะมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างโมเลกุลของตัวทำละลาย
ฟิสิกส์โมเลกุลเป็นเรื่องง่าย!
แรงปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุล
โมเลกุลทั้งหมดของสารมีปฏิสัมพันธ์กันผ่านแรงดึงดูดและแรงผลัก
หลักฐานการทำงานร่วมกันของโมเลกุล: ปรากฏการณ์ของการเปียก ความต้านทานต่อแรงอัดและความตึง ความสามารถในการอัดของแข็งและก๊าซต่ำ เป็นต้น
สาเหตุของปฏิกิริยาของโมเลกุลคือปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอนุภาคที่มีประจุในสาร
จะอธิบายเรื่องนี้อย่างไร?
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกและเปลือกอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ประจุของนิวเคลียสเท่ากับประจุรวมของอิเล็กตรอนทั้งหมด ดังนั้นอะตอมโดยรวมจึงมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า
โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไปก็มีความเป็นกลางทางไฟฟ้าเช่นกัน
ลองพิจารณาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลโดยใช้ตัวอย่างของโมเลกุลที่อยู่นิ่งสองตัว
แรงโน้มถ่วงและแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างวัตถุในธรรมชาติ
เนื่องจากมวลของโมเลกุลมีขนาดเล็กมาก แรงอันตรกิริยาโน้มถ่วงระหว่างโมเลกุลจึงถูกมองข้ามไป
ในระยะทางที่ไกลมาก ก็ไม่มีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างโมเลกุลเช่นกัน
แต่เมื่อระยะห่างระหว่างโมเลกุลลดลง โมเลกุลจะเริ่มปรับทิศทางในลักษณะที่ด้านข้างของพวกมันหันเข้าหากันจะมีประจุที่มีสัญญาณต่างกัน (โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลจะยังคงเป็นกลาง) และแรงดึงดูดเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล
เมื่อระยะห่างระหว่างโมเลกุลลดลงมากขึ้น แรงผลักจึงเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของเปลือกอิเล็กตรอนที่มีประจุลบของอะตอมของโมเลกุล
เป็นผลให้โมเลกุลถูกกระทำโดยผลรวมของแรงดึงดูดและแรงผลัก ในระยะทางไกลแรงดึงดูดจะมีชัยเหนือ (ที่ระยะ 2-3 เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลแรงดึงดูดจะสูงสุด) ในระยะทางสั้น ๆ แรงผลักจะมีชัย
มีระยะห่างระหว่างโมเลกุลซึ่งแรงดึงดูดจะเท่ากับแรงผลัก ตำแหน่งของโมเลกุลนี้เรียกว่าตำแหน่งสมดุลเสถียร
โมเลกุลที่อยู่ห่างจากกันและเชื่อมต่อกันด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีพลังงานศักย์
ในตำแหน่งสมดุลที่มั่นคง พลังงานศักย์ของโมเลกุลจะมีน้อยมาก
ในสาร แต่ละโมเลกุลจะมีปฏิกิริยาพร้อมกันกับโมเลกุลข้างเคียงจำนวนมาก ซึ่งส่งผลต่อค่าพลังงานศักย์ขั้นต่ำของโมเลกุลด้วย
นอกจากนี้โมเลกุลทั้งหมดของสารยังเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องเช่น มีพลังงานจลน์
ดังนั้นโครงสร้างของสารและคุณสมบัติของมัน (วัตถุที่เป็นของแข็งของเหลวและก๊าซ) จะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานศักย์ขั้นต่ำของการมีปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลกับพลังงานจลน์สำรองของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล
โครงสร้างและสมบัติของวัตถุที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
โครงสร้างของร่างกายอธิบายได้จากปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคของร่างกายและธรรมชาติของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน
แข็ง
ของแข็งมีรูปร่างและปริมาตรคงที่ และแทบจะอัดตัวไม่ได้
พลังงานศักย์ต่ำสุดของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลมีค่ามากกว่าพลังงานจลน์ของโมเลกุล
ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่รุนแรง
การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลในของแข็งจะแสดงออกโดยการสั่นของอนุภาค (อะตอม โมเลกุล) รอบตำแหน่งสมดุลที่เสถียรเท่านั้น
เนื่องจากแรงดึงดูดขนาดใหญ่ โมเลกุลจึงไม่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งในสสารได้จริง ซึ่งอธิบายความคงที่ของปริมาตรและรูปร่างของของแข็ง
ของแข็งส่วนใหญ่มีการจัดเรียงอนุภาคตามลำดับเชิงพื้นที่ซึ่งก่อตัวเป็นโครงตาข่ายคริสตัลปกติ
อนุภาคของสสาร (อะตอม, โมเลกุล, ไอออน) อยู่ที่จุดยอด - โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล โหนดของโครงตาข่ายคริสตัลตรงกับตำแหน่งของสมดุลที่เสถียรของอนุภาค
ของแข็งดังกล่าวเรียกว่าผลึก
ของเหลว
ของเหลวมีปริมาตรที่แน่นอน แต่ไม่มีรูปร่างของตัวเอง พวกมันจะอยู่ในรูปของภาชนะที่พวกมันอยู่
ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่อ่อนแอ
การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลในของเหลวแสดงโดยการสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งสมดุลที่เสถียรภายในปริมาตรที่เพื่อนบ้านส่งมาให้โมเลกุล
โมเลกุลไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตลอดปริมาตรของสาร แต่สามารถเปลี่ยนโมเลกุลไปยังสถานที่ใกล้เคียงได้ สิ่งนี้จะอธิบายความลื่นไหลของของเหลวและความสามารถในการเปลี่ยนรูปร่าง
ในของเหลว โมเลกุลจะเกาะติดกันอย่างแน่นหนาด้วยแรงดึงดูด ซึ่งอธิบายความคงที่ของปริมาตรของของเหลว
ในของเหลว ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลโดยประมาณ เมื่อระยะห่างระหว่างโมเลกุลลดลง (การอัดของของเหลว) แรงผลักจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ของเหลวจึงไม่สามารถอัดตัวได้
ในแง่ของโครงสร้างและธรรมชาติของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ของเหลวจะมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างของแข็งและก๊าซ
แม้ว่าความแตกต่างระหว่างของเหลวและก๊าซจะมากกว่าระหว่างของเหลวกับของแข็งมาก ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการหลอมละลายหรือการตกผลึก ปริมาตรของวัตถุเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าในระหว่างการระเหยหรือการควบแน่นหลายเท่า
ก๊าซไม่มีปริมาตรคงที่และครอบครองปริมาตรทั้งหมดของถังที่ก๊าซนั้นตั้งอยู่
พลังงานศักย์ขั้นต่ำของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าพลังงานจลน์ของโมเลกุล
อนุภาคของสสารแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน
ก๊าซมีลักษณะพิเศษคือมีความผิดปกติโดยสิ้นเชิงในการจัดเรียงและการเคลื่อนที่ของโมเลกุล
ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลและอะตอมมักจะใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลมาก แต่จะเล็กมาก ดังนั้นก๊าซจึงไม่มีรูปร่างและปริมาตรไม่คงที่ ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่ายเนื่องจากแรงผลักในระยะไกลก็มีน้อยเช่นกัน ก๊าซมีคุณสมบัติในการขยายตัวอย่างไม่มีกำหนด โดยเติมปริมาตรทั้งหมดที่ให้ไว้ โมเลกุลของก๊าซเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก ชนกัน และกระเด้งออกจากกันในทิศทางที่ต่างกัน ผลกระทบมากมายของโมเลกุลที่เกิดขึ้นบนผนังของหลอดเลือด แรงดันแก๊ส.
การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลว
ในของเหลว โมเลกุลไม่เพียงแต่แกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลเท่านั้น แต่ยังกระโดดจากตำแหน่งสมดุลหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งด้วย การกระโดดเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นระยะ เรียกว่าช่วงเวลาระหว่างการกระโดดดังกล่าว เวลาเฉลี่ยของชีวิตที่ตัดสิน(หรือ เวลาพักผ่อนโดยเฉลี่ย) และเขียนแทนด้วยตัวอักษร τ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เวลาผ่อนคลายคือเวลาของการแกว่งรอบตำแหน่งสมดุลเฉพาะจุดหนึ่ง ที่อุณหภูมิห้องคราวนี้เฉลี่ย 10 -11 วิ เวลาของการสั่นหนึ่งครั้งคือ 10 -12 ... 10 -13 วิ
เวลาของชีวิตอยู่ประจำที่ลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของของเหลวมีขนาดเล็กกว่าขนาดของโมเลกุล อนุภาคอยู่ใกล้กันและมีขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม การจัดเรียงโมเลกุลของเหลวไม่ได้ถูกจัดเรียงอย่างเคร่งครัดตลอดปริมาตร
ของเหลว เช่น ของแข็ง จะคงปริมาตรไว้ แต่ไม่มีรูปร่างเป็นของตัวเอง ดังนั้นพวกมันจึงมีรูปทรงของเรือที่พวกเขาอยู่ ของเหลวมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: ความลื่นไหล- ด้วยคุณสมบัตินี้ ของเหลวจึงไม่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ถูกบีบอัดเล็กน้อย และคุณสมบัติทางกายภาพของมันจะเหมือนกันทุกทิศทางภายในของเหลว (ไอโซโทรปีของของเหลว) ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลวเกิดขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต ยาโคฟ อิลลิช เฟรงเคิล (พ.ศ. 2437 - 2495)
การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของแข็ง
โมเลกุลและอะตอมของของแข็งถูกจัดเรียงตามลำดับและรูปแบบที่แน่นอน ตาข่ายคริสตัล- ของแข็งดังกล่าวเรียกว่าผลึก อะตอมมีการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งสมดุล และแรงดึงดูดระหว่างพวกมันนั้นรุนแรงมาก ดังนั้นของแข็งภายใต้สภาวะปกติจะคงปริมาตรและมีรูปร่างของตัวเองไว้
การจัดเรียงโมเลกุลในของแข็ง ในของแข็ง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเท่ากับขนาดของโมเลกุล ดังนั้นของแข็งจึงคงรูปร่างไว้ โมเลกุลถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน เรียกว่าคริสตัลแลตทิซ ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติ ของแข็งจะคงปริมาตรไว้
ภาพที่ 5 จากการนำเสนอ “3 สถานะของสสาร”สำหรับบทเรียนฟิสิกส์หัวข้อ “ปรากฏการณ์ความร้อน”ขนาด: 960 x 720 พิกเซล รูปแบบ: jpg
หากต้องการดาวน์โหลดภาพฟรีสำหรับบทเรียนฟิสิกส์ ให้คลิกขวาที่ภาพแล้วคลิก "บันทึกภาพเป็น..."หากต้องการแสดงรูปภาพในบทเรียน คุณยังสามารถดาวน์โหลดงานนำเสนอทั้งหมด “3 สถานะของเรื่อง ppt” พร้อมรูปภาพทั้งหมดในไฟล์ zip ได้ฟรี ขนาดไฟล์เก็บถาวรคือ 2714 KB
ดาวน์โหลดการนำเสนอ
“การเปลี่ยนแปลงในสถานะรวมของสสาร” - การเปลี่ยนแปลงโดยรวมของสสาร ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ จุดเดือด. เดือด. กราฟอุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงในสถานะรวมของน้ำ อุณหภูมิหลอมเหลวและการตกผลึก สภาวะการกลายเป็นไอ การเปลี่ยนแปลงโดยรวม การกลายเป็นไอ การคำนวณปริมาณความร้อน กระบวนการหลอมและการแข็งตัว
“ 3 สถานะของสสาร” - ไขปริศนาอักษรไขว้ การตกผลึก การจัดเรียงโมเลกุลในของแข็ง ตัวอย่างของกระบวนการ รัฐ. สาร. คุณสมบัติของก๊าซ การกลายเป็นไอ คำถามสำหรับคำไขว้ คุณสมบัติของของเหลว การจัดเรียงโมเลกุลในของเหลว น้ำแข็ง. คุณสมบัติของของแข็ง การควบแน่น ธรรมชาติของการเคลื่อนที่และอันตรกิริยาของอนุภาค
“การแพร่กระจายของสาร” - ใบหอม สีเข้ม. สุภาษิต ทาลีสแห่งมิเลทัส. เฮราคลิตุส. มาแก้ปัญหากันเถอะ นักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกโบราณ การเผยแพร่เทคโนโลยีและธรรมชาติ งานสำหรับคนรักชีววิทยา การแพร่กระจาย ปรากฏการณ์การแพร่กระจาย พรรคเดโมแครต ข้อสังเกต. การแพร่กระจายของก๊าซ
“ปรากฏการณ์ความร้อนระหว่างการละลาย” - D.I. เมนเดเลเยฟ. การบรรยายสรุป การละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตในน้ำ กระบวนการคายความร้อน ตรวจสอบเพื่อนบ้านโต๊ะของคุณ เราหวังว่าคุณจะประสบความสำเร็จในความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกฎฟิสิกส์และเคมี อัตราการแพร่กระจาย สิ่งที่เรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน การแทรกซึมของโมเลกุลซึ่งกันและกัน ความหมายของการแก้ปัญหา ปัญหาในทางปฏิบัติ
“ปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล” - เป็นไปได้ไหมที่จะต่อตะปูเหล็กสองชิ้นเข้าด้วยกัน? แรงดึงดูดจับอนุภาคไว้ด้วยกัน ตัวเลือกที่ 1 ส่วนผสมจากธรรมชาติไม่รวม: ก) ดินเหนียว; ข) ซีเมนต์; ค) ดิน สารที่เป็นก๊าซ ตัวเลือกที่ 2 ส่วนผสมเทียมคือ: ก) ดินเหนียว; ข) ซีเมนต์; ค) ดิน ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของก๊าซมากกว่าขนาดของโมเลกุลเอง
มีการนำเสนอทั้งหมด 23 หัวข้อ
พลังงานจลน์ของโมเลกุล
ในก๊าซ โมเลกุลจะเคลื่อนที่อย่างอิสระ (แยกจากโมเลกุลอื่น) เพียงบางครั้งชนกันหรือชนกับผนังของภาชนะบรรจุเท่านั้น ตราบใดที่โมเลกุลเคลื่อนที่อย่างอิสระ มันก็มีเพียงพลังงานจลน์เท่านั้น ในระหว่างการชน โมเลกุลจะได้รับพลังงานศักย์ด้วย ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของก๊าซคือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของโมเลกุล ยิ่งก๊าซทำให้บริสุทธิ์มากขึ้น โมเลกุลก็จะยิ่งมีสถานะเคลื่อนที่อย่างอิสระในแต่ละช่วงเวลามากขึ้นเท่านั้น โดยมีเพียงพลังงานจลน์เท่านั้น ดังนั้น เมื่อก๊าซทำให้บริสุทธิ์ สัดส่วนของพลังงานศักย์จะลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานจลน์
พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลที่สมดุลของก๊าซในอุดมคติมีคุณลักษณะที่สำคัญอย่างหนึ่ง: ในส่วนผสมของก๊าซที่แตกต่างกัน พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลสำหรับส่วนประกอบต่างๆ ของส่วนผสมจะเท่ากัน
เช่น อากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซ พลังงานเฉลี่ยของโมเลกุลอากาศสำหรับส่วนประกอบทั้งหมดภายใต้สภาวะปกติ เมื่ออากาศยังถือเป็นก๊าซในอุดมคติได้จะเท่ากัน คุณสมบัติของก๊าซในอุดมคตินี้สามารถพิสูจน์ได้บนพื้นฐานของการพิจารณาทางสถิติทั่วไป ข้อพิสูจน์ที่สำคัญต่อจากนี้: หากก๊าซสองชนิด (ในภาชนะต่างกัน) อยู่ในสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกัน พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก็จะเท่ากัน
ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลและอะตอมมักจะมากกว่าขนาดของโมเลกุลเองมาก ดังนั้น แรงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลจะมีไม่มากนัก ส่งผลให้ก๊าซไม่มีรูปร่างและปริมาตรไม่คงที่ ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่ายและสามารถขยายตัวได้ไม่จำกัด โมเลกุลของก๊าซเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ (แปลได้ว่าสามารถหมุนได้) บางครั้งก็ชนกับโมเลกุลอื่นและผนังของถังซึ่งมีก๊าซตั้งอยู่และพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก
การเคลื่อนที่ของอนุภาคในของแข็ง
โครงสร้างของของแข็งนั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจากโครงสร้างของก๊าซ ในระยะทางระหว่างโมเลกุลมีขนาดเล็กและพลังงานศักย์ของโมเลกุลเทียบได้กับพลังงานจลน์ อะตอม (หรือไอออนหรือโมเลกุลทั้งหมด) ไม่สามารถเรียกว่าไม่มีการเคลื่อนไหวได้ แต่จะทำการเคลื่อนที่แบบสุ่มรอบตำแหน่งเฉลี่ย ยิ่งอุณหภูมิสูง พลังงานการสั่นก็จะยิ่งมากขึ้น และแอมพลิจูดเฉลี่ยของการสั่นก็จะยิ่งมากขึ้นด้วย การสั่นสะเทือนจากความร้อนของอะตอมยังอธิบายความจุความร้อนของของแข็งด้วย ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของแข็งที่เป็นผลึก คริสตัลทั้งหมดโดยรวมเป็นระบบออสซิลลาทอรีคู่ที่ซับซ้อนมาก การเบี่ยงเบนของอะตอมจากตำแหน่งเฉลี่ยนั้นมีน้อย ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าอะตอมนั้นอยู่ภายใต้การกระทำของแรงเสมือนยืดหยุ่นซึ่งเป็นไปตามกฎเชิงเส้นของฮุค ระบบการแกว่งดังกล่าวเรียกว่าเชิงเส้น
มีทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้นเกี่ยวกับระบบที่มีการแกว่งเชิงเส้น มันพิสูจน์ทฤษฎีบทที่สำคัญมากซึ่งมีสาระสำคัญดังนี้ หากระบบทำการสั่นที่เชื่อมต่อระหว่างกันขนาดเล็ก (เชิงเส้น) ดังนั้นโดยการแปลงพิกัดนั้นสามารถลดลงอย่างเป็นทางการเป็นระบบออสซิลเลเตอร์อิสระ (ซึ่งสมการการแกว่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับกันและกัน) ระบบของออสซิลเลเตอร์อิสระมีพฤติกรรมเหมือนแก๊สในอุดมคติในแง่ที่ว่าอะตอมของออสซิลเลเตอร์ชนิดหลังถือได้ว่าเป็นอิสระเช่นกัน
กฎของโบลต์ซมันน์ใช้แนวคิดเรื่องความเป็นอิสระของอะตอมแก๊ส ข้อสรุปที่สำคัญมากนี้เป็นพื้นฐานที่ง่ายและเชื่อถือได้สำหรับทฤษฎีของแข็งทั้งหมด
กฎของโบลต์ซมันน์
จำนวนออสซิลเลเตอร์ที่มีพารามิเตอร์ที่กำหนด (พิกัดและความเร็ว) ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับจำนวนโมเลกุลของก๊าซในสถานะที่กำหนด ตามสูตร:
พลังงานออสซิลเลเตอร์
กฎของโบลต์ซมันน์ (1) ในทฤษฎีวัตถุที่เป็นของแข็งไม่มีข้อจำกัด แต่สูตร (2) สำหรับพลังงานออสซิลเลเตอร์นั้นได้มาจากกลศาสตร์คลาสสิก เมื่อพิจารณาของแข็งในทางทฤษฎี เราจะต้องอาศัยกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งมีคุณลักษณะเฉพาะจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานของเครื่องออสซิลเลเตอร์แบบไม่ต่อเนื่อง ความไม่ต่อเนื่องของพลังงานออสซิลเลเตอร์นั้นไม่มีนัยสำคัญเฉพาะที่ค่าพลังงานที่สูงเพียงพอเท่านั้น ซึ่งหมายความว่า (2) สามารถใช้ได้เฉพาะที่อุณหภูมิสูงเพียงพอเท่านั้น ที่อุณหภูมิสูงของของแข็ง ใกล้กับจุดหลอมเหลว กฎของการกระจายพลังงานสม่ำเสมอเหนือระดับความอิสระเป็นไปตามกฎของโบลต์ซมันน์ หากในก๊าซสำหรับระดับความอิสระแต่ละระดับ โดยเฉลี่ยแล้วปริมาณพลังงานเท่ากับ (1/2) kT ออสซิลเลเตอร์จะมีระดับความอิสระหนึ่งระดับ นอกเหนือจากพลังงานจลน์ด้วยพลังงานศักย์ ดังนั้น ต่อความอิสระหนึ่งระดับในของแข็งที่อุณหภูมิสูงพอสมควร จะมีพลังงานเท่ากับ kT ตามกฎหมายนี้ การคำนวณพลังงานภายในทั้งหมดของร่างกายของแข็งและความจุความร้อนหลังจากนั้นไม่ใช่เรื่องยาก โมลของของแข็งประกอบด้วยอะตอมของ NA และแต่ละอะตอมมีระดับความอิสระสามระดับ ดังนั้นโมลจึงมีออสซิลเลเตอร์ NA 3 ตัว พลังงานของของแข็งหนึ่งโมล
และความจุความร้อนโมลของของแข็งที่อุณหภูมิสูงพอสมควรคือ
ประสบการณ์ยืนยันกฎหมายนี้
ของเหลวมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างก๊าซและของแข็ง โมเลกุลของของเหลวจะไม่กระจายตัวในระยะทางไกล และของเหลวจะคงปริมาตรไว้ภายใต้สภาวะปกติ แต่แตกต่างจากของแข็งตรงที่โมเลกุลไม่เพียงสั่นสะเทือน แต่ยังกระโดดจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งด้วยนั่นคือพวกมันทำการเคลื่อนไหวอย่างอิสระ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ของเหลวจะเดือด (มีจุดเดือดที่เรียกว่า) และกลายเป็นก๊าซ เมื่ออุณหภูมิลดลง ของเหลวจะตกผลึกและกลายเป็นของแข็ง มีจุดหนึ่งในสนามอุณหภูมิที่ขอบเขตระหว่างก๊าซ (ไออิ่มตัว) และของเหลวหายไป (จุดวิกฤต) รูปแบบของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลในของเหลวใกล้กับอุณหภูมิการแข็งตัวจะคล้ายคลึงกับพฤติกรรมของโมเลกุลในของแข็งมาก ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์ความจุความร้อนจะเท่ากันทุกประการ เนื่องจากความจุความร้อนของสารเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระหว่างการหลอม เราจึงสามารถสรุปได้ว่าธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของเหลวนั้นใกล้เคียงกับการเคลื่อนที่ในของแข็ง (ที่อุณหภูมิหลอมเหลว) เมื่อถูกความร้อนคุณสมบัติของของเหลวจะค่อยๆเปลี่ยนไปและกลายเป็นเหมือนก๊าซมากขึ้น ในของเหลว พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคจะน้อยกว่าพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล พลังงานของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในของเหลวและของแข็งแตกต่างกันเล็กน้อย หากเราเปรียบเทียบความร้อนของการหลอมเหลวและความร้อนของการระเหย เราจะเห็นว่าในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะการรวมตัวหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง ความร้อนของการหลอมรวมจะต่ำกว่าความร้อนของการกลายเป็นไออย่างมีนัยสำคัญ คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่เพียงพอเกี่ยวกับโครงสร้างของของเหลวสามารถให้ได้โดยใช้ฟิสิกส์เชิงสถิติเท่านั้น ตัวอย่างเช่น หากของเหลวประกอบด้วยโมเลกุลทรงกลมที่เหมือนกัน โครงสร้างของของเหลวก็สามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันการกระจายแนวรัศมี g(r) ซึ่งให้ความน่าจะเป็นในการตรวจจับโมเลกุลใดๆ ที่ระยะห่าง r จากโมเลกุลที่เลือกไว้เป็นจุดอ้างอิง ฟังก์ชันนี้สามารถพบได้โดยการทดลองโดยการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์หรือนิวตรอน หรือการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของฟังก์ชันนี้สามารถทำได้โดยใช้กลศาสตร์ของนิวตัน
ทฤษฎีจลน์ของของเหลวได้รับการพัฒนาโดย Ya.I. เฟรนเคิล. ในทฤษฎีนี้ ของเหลวถือเป็นระบบไดนามิกของออสซิลเลเตอร์ที่กลมกลืนกัน เช่นเดียวกับในกรณีของของแข็ง แต่ตำแหน่งสมดุลของโมเลกุลในของเหลวนั้นแตกต่างจากวัตถุแข็งตรงที่ตำแหน่งสมดุลเป็นเพียงชั่วคราว หลังจากการแกว่งไปรอบตำแหน่งหนึ่ง โมเลกุลของเหลวจะกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ที่อยู่ใกล้เคียง การกระโดดดังกล่าวเกิดขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงาน เวลา "ชีวิตที่ตกตะกอน" โดยเฉลี่ยของโมเลกุลของเหลวสามารถคำนวณได้ดังนี้:
\[\ซ้าย\langle t\right\rangle =t_0e^(\frac(W)(kT))\left(5\right),\]
โดยที่ $t_0\ $ คือคาบของการแกว่งรอบตำแหน่งสมดุลหนึ่งตำแหน่ง พลังงานที่โมเลกุลต้องได้รับเพื่อที่จะเคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งเรียกว่าพลังงานกระตุ้น W และเวลาที่โมเลกุลอยู่ในตำแหน่งสมดุลเรียกว่า “ชีวิตที่ตกตะกอน” เวลา t
ตัวอย่างเช่น สำหรับโมเลกุลของน้ำ ที่อุณหภูมิห้อง หนึ่งโมเลกุลจะผ่านการสั่นสะเทือนประมาณ 100 ครั้งและกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของของเหลวมีความแข็งแรงเพื่อรักษาปริมาตรไว้ แต่อายุการใช้งานที่จำกัดของโมเลกุลจะนำไปสู่การเกิดขึ้นของปรากฏการณ์เช่นความลื่นไหล ในระหว่างการสั่นของอนุภาคใกล้กับตำแหน่งสมดุล อนุภาคจะชนกันอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นแม้แต่การบีบอัดของเหลวเพียงเล็กน้อยก็ทำให้เกิดการ "แข็งตัว" ของการชนกันของอนุภาคอย่างรุนแรง ซึ่งหมายความว่าความดันของของเหลวบนผนังของภาชนะที่ถูกบีบอัดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ตัวอย่างที่ 1
ภารกิจ: กำหนดความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง สมมติว่าอุณหภูมิของทองแดงใกล้กับจุดหลอมเหลว (มวลโมลาร์ของทองแดง $\mu =63\cdot 10^(-3)\frac(kg)(mol))$
ตามกฎของ Dulong และ Petit โมลของสารเชิงเคมีที่อุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลวจะมีความจุความร้อน:
ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง:
\[С=\frac(с)(\mu )\to С=\frac(3R)(\mu )\left(1.2\right),\] \[С=\frac(3\cdot 8.31) (63 \cdot 10^(-3))=0.39\ \cdot 10^3(\frac(J)(kgK))\]
คำตอบ: ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง $0.39\ \cdot 10^3\left(\frac(J)(kgK)\right).$
งานมอบหมาย: อธิบายด้วยวิธีง่ายๆ จากมุมมองทางฟิสิกส์เกี่ยวกับกระบวนการละลายเกลือ (NaCl) ในน้ำ
พื้นฐานของทฤษฎีการแก้ปัญหาสมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นโดย D.I. เมนเดเลเยฟ. เขากำหนดว่าในระหว่างการละลาย กระบวนการสองกระบวนการเกิดขึ้นพร้อมกัน: ทางกายภาพ - การกระจายตัวของอนุภาคของตัวถูกละลายอย่างสม่ำเสมอตลอดปริมาตรทั้งหมดของสารละลาย และทางเคมี - ปฏิกิริยาระหว่างตัวทำละลายกับตัวถูกละลาย เราสนใจกระบวนการทางกายภาพ โมเลกุลของเกลือไม่ทำลายโมเลกุลของน้ำ ในกรณีนี้น้ำจะระเหยไปไม่ได้ ถ้าโมเลกุลของเกลือมารวมกันกับโมเลกุลของน้ำ เราก็จะได้สารใหม่ขึ้นมา และโมเลกุลของเกลือไม่สามารถทะลุเข้าไปภายในโมเลกุลได้
พันธะไอออน-ไดโพลเกิดขึ้นระหว่าง Na+ และ Cl-ion ของโมเลกุลคลอรีนและน้ำขั้วโลก ปรากฎว่าแข็งแกร่งกว่าพันธะไอออนิกในโมเลกุลของเกลือแกง จากกระบวนการนี้ พันธะระหว่างไอออนที่อยู่บนพื้นผิวของผลึก NaCl จะลดลง ไอออนของโซเดียมและคลอรีนจะถูกแยกออกจากคริสตัล และโมเลกุลของน้ำจะก่อตัวที่เรียกว่าเปลือกไฮเดรชั่นรอบๆ ไอออนเหล่านั้น ไอออนไฮเดรตที่แยกออกจากกันภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน จะมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างโมเลกุลของตัวทำละลาย