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Las partículas de materia interactúan entre sí mediante fuerzas. Las investigaciones sobre diversas sustancias han demostrado

Las ideas cinéticas moleculares sobre la estructura de la materia explican la diversidad de propiedades de líquidos, gases y sólidos. Existen interacciones electromagnéticas entre partículas de materia: se atraen y repelen entre sí mediante fuerzas electromagnéticas. A distancias muy grandes entre moléculas, estas fuerzas son insignificantes.

Fuerzas de interacción molecular

Pero el panorama cambia si se reduce la distancia entre las partículas. Las moléculas neutras comienzan a orientarse en el espacio de modo que sus superficies enfrentadas comienzan a tener cargas de signo opuesto y entre ellas comienzan a actuar fuerzas de atracción. Esto ocurre cuando la distancia entre los centros de las moléculas más que la cantidad sus radios.

Si continúa reduciendo la distancia entre las moléculas, comienzan a repelerse como resultado de la interacción de capas de electrones con carga similar. Esto ocurre cuando la suma de los radios de las moléculas que interactúan es mayor que la distancia entre los centros de las partículas.

Es decir, a distancias intermoleculares grandes predomina la atracción y a distancias cercanas predomina la repulsión. Pero hay una cierta distancia entre las partículas cuando están en una posición de equilibrio estable (las fuerzas de atracción son iguales a las fuerzas de repulsión). En esta posición las moléculas tienen mínima energía potencial. Las moléculas también tienen energía cinética, ya que están en constante movimiento.

Así, la fuerza de los enlaces de interacción entre partículas distingue los tres estados de la materia: sólido, gaseoso y líquido, y explica sus propiedades.

Tomemos el agua como ejemplo. Tamaño, forma y composición química Las partículas de agua permanecen iguales ya sea sólida (hielo) o gaseosa (vapor). Pero la forma en que estas partículas se mueven y se posicionan es diferente para cada estado.

Sólidos

Los sólidos conservan su estructura y pueden agrietarse o romperse con fuerza. No puedes atravesar la mesa porque tanto tú como la mesa sois sólidos. Materia particular tienen la menor cantidad de energía de los tres estados tradicionales de la materia. Las partículas están dispuestas en una secuencia estructural específica con muy poco espacio entre ellas.

Se mantienen unidos en equilibrio y sólo pueden vibrar alrededor de una posición fija. En este sentido, los sólidos tienen alta densidad Y forma y volumen fijos. Si dejas la mesa sola durante unos días, no se expandirá y la fina capa de madera que cubre todo el suelo no llenará la habitación.

Líquidos

Al igual que en un sólido, las partículas en un líquido están muy juntas, pero dispuestas de forma aleatoria. A diferencia de los sólidos, una persona puede atravesar un líquido, esto se debe al debilitamiento de la fuerza de atracción que actúa entre las partículas. En un líquido, las partículas pueden moverse entre sí.

Los líquidos tienen un volumen fijo, pero no tienen una forma fija. Ellos van a fluir bajo la influencia de fuerzas gravitacionales. Pero algunos líquidos son más viscosos que otros. En un líquido viscoso interacción más fuerte entre moléculas.

Las moléculas líquidas tienen mucha más energía cinética (energía de movimiento) que las sólidas, pero mucho menos que las gaseosas.

gases

Las partículas de los gases están muy separadas y dispuestas al azar. Este estado de la materia tiene la mayor energía cinética, ya que prácticamente no existen fuerzas de atracción entre las partículas.

Las moléculas de gas están en constante movimiento en todas direcciones (pero solo en línea recta), chocan entre sí y con las paredes del recipiente en el que se encuentran, lo que provoca presión.

Los gases también se expanden hasta llenar completamente el volumen de un recipiente, independientemente de su tamaño o forma. Los gases no tienen forma ni volumen fijo.

En la figura de la derecha, las partículas del cuerpo están representadas esquemáticamente por bolas dispuestas ordenadamente. Las flechas muestran las fuerzas repulsivas que actúan sobre la partícula desde sus “vecinos”. Si todas las partículas estuvieran a distancias iguales entre sí, entonces las fuerzas repulsivas estarían mutuamente equilibradas (la partícula “verde”).

Sin embargo, según la segunda posición del MCT, las partículas se mueven constante y aleatoriamente. Debido a esto, las distancias de cada partícula a sus vecinas cambian constantemente (la partícula “roja”). En consecuencia, las fuerzas de su interacción cambian constantemente y no están equilibradas, lo que tiende a devolver la partícula a su posición de equilibrio. Eso es, La energía potencial de las partículas de cuerpos sólidos y líquidos, aunque siempre existe, cambia constantemente. Compárese: en los gases prácticamente no hay energía potencial de las partículas, ya que están alejadas unas de otras (ver § 7-b).

La aparición de la fuerza elástica. Al apretar o estirar, doblar o torcer el cuerpo, acercamos sus partículas o las eliminamos (ver figura). Por tanto, cambian las fuerzas de atracción y repulsión de las partículas, cuya acción conjunta es fuerza elástica.

Convencionalmente representamos las partículas de goma del borrador flexible (ver también Fig. “d”) como bolas. Al presionar con un dedo, las partículas superiores se acercan entre sí (la distancia "verde" es menor que la "roja"). Esto conduce a la aparición de fuerzas repulsivas (las flechas negras se alejan de las partículas). Cerca del borde inferior del borrador, las partículas se alejan unas de otras, lo que provoca la aparición de fuerzas de atracción entre ellas (las flechas negras apuntan hacia las partículas). Como resultado de la acción simultánea de fuerzas repulsivas cerca del borde superior y fuerzas de atracción cerca del borde inferior, el borrador "quiere" enderezarse. Y esto significa que en él surge una fuerza elástica, dirigida opuesta a la fuerza de presión.

Prueba tus conocimientos:

El objetivo principal de este párrafo es discutir...
¿Qué notaremos cuando se compriman los extremos de los cilindros?
¿Los cilindros se adhieren firmemente entre sí?
¿Qué conclusión se desprende del experimento con cilindros?
¿En qué condiciones se produce la atracción de partículas de cuerpos y sustancias?
¿Qué observación indica repulsión de partículas?
¿Por qué pensamos que las partículas de sustancias pueden repelerse entre sí?
¿En qué condiciones se observa la interacción de partículas?
¿Cómo cambia la naturaleza de la interacción entre partículas de materia dependiendo de la distancia entre ellas?
¿En qué caso no hay interacción entre partículas de sustancias?
¿Por qué las partículas de sustancias pueden tener energía potencial?
¿Por qué las partículas de sustancias sólidas y líquidas siempre tienen energía potencial?
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Dado que las partículas de cualquier cuerpo o sustancia están en constante movimiento,...
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Describir la energía potencial de partículas de sólidos y líquidos. Ella, ...
Describe la energía potencial de las partículas de gas.
¿En qué casos cambiamos la distancia entre partículas de un cuerpo?
Al mismo tiempo, las fuerzas de atracción y repulsión de las partículas corporales cambian, ya que...
La fuerza elástica de un cuerpo es la acción simultánea...
¿Qué sucede con las partículas cerca de la parte superior del borrador? Ellos...
La fuerza elástica en el borrador surge debido a...

Sabes que las partículas en los cuerpos están en movimiento aleatorio continuo. ¿Por qué un cuerpo sólido no se descompone en partículas separadas? Esto se debe a que las partículas (moléculas o átomos) de la mayoría de los sólidos están dispuestas en un orden determinado y muy cerca unas de otras.

Cada partícula atrae a las partículas vecinas y es atraída por ellas. Estas fuerzas retienen, por ejemplo, átomos de hierro en un trozo de metal, moléculas de agua en un trozo de hielo o en una gota de agua. En otras palabras, La fuerza de atracción es la fuerza que mantiene unidas las partículas.

Si rompes una aguja de tejer en dos partes y las juntas, no se mantendrán unidas. Resulta que la atracción entre partículas de una sustancia sólo es posible cuando se encuentran a cierta distancia, lo suficientemente cerca unas de otras.

La experiencia permite detectar la atracción de partículas.

Tome un pequeño cilindro de plomo, córtelo en dos mitades y juntelas rápidamente con cortes frescos. Si el lugar del corte no tuvo tiempo de oxidarse, entonces ambas partes del cilindro de plomo se unirán en un todo. Esto se puede comprobar asegurando uno de los cilindros en un soporte y colgando un peso del otro. La mitad del cilindro con la carga no cae. En consecuencia, las moléculas de las mitades del cilindro interactúan entre sí.

Arroz. 34. Atracción de partículas. Las dos mitades de un cilindro de plomo están conectadas debido a la interacción de moléculas.

El experimento descrito tiene éxito gracias a la suavidad del plomo. Con cuerpos más duros que el plomo (por ejemplo, mitades vidrio roto) tal experimento es imposible de realizar.

Para que se produzca una conexión, las moléculas deben estar a una distancia de varios grados entre sí. tamaños más pequeños las moléculas mismas. Los trozos de material blando, como la plastilina, se pegan fácilmente. Esto sucede porque se pueden acercar a tal distancia que actúan las fuerzas de atracción.

La estructura de los líquidos difiere de la estructura de los sólidos. En los líquidos, la interacción entre moléculas es más débil que en los sólidos, pero aún existe. Imagínese verter agua en un vaso y luego verterla en un matraz. Inicialmente, el líquido ocupaba la forma de un vaso y luego un matraz en el que se vertía. Si en el agua actuara la misma fuerza de atracción entre moléculas que en los sólidos, entonces su forma no podría cambiar tan fácilmente.

Las moléculas en los líquidos están ubicadas casi cerca unas de otras, por lo que todos los líquidos tienen muy poca compresibilidad. Pero la interacción entre moléculas no es tan grande como para que los líquidos conserven su forma. Esto explica la propiedad principal de los líquidos: fluidez.

Ya hemos dicho que el gas se puede comprimir de modo que su volumen disminuya varias veces. Esto significa que en los gases la distancia entre las moléculas es mucho mayor que el tamaño de las propias moléculas. En tales casos, las moléculas se atraen débilmente entre sí. Por eso los gases no conservan su forma y volumen.

Existe una atracción mutua entre partículas en sólidos, líquidos y gases.

Surge la pregunta: "¿Por qué hay espacios entre las partículas?" Parecería que las partículas, al sentirse atraídas entre sí, deberían "pegarse entre sí". Sin embargo, se evita la compresión de los cuerpos. repulsión de partículas. Que esto es exactamente así se puede ver con un ejemplo. Un borrador de goma que se aprieta y se dobla por la mitad se enderezará cuando se suelten los bordes. Los cuerpos comprimidos se enderezan porque durante la compresión las partículas se acercan tanto que empiezan a repelerse entre sí. Por eso, atracción entre partículas – átomos y moléculas, los mantiene cerca unos de otros y la repulsión impide su aproximación completa.

Interacción de partículas de materia.

La teoría moderna de la estructura de la materia se basa en cinco principios básicos.

1. Todas las sustancias están formadas por partículas.

Átomo – partícula más pequeña elemento químico, conservando sus propiedades. todos famosos elementos químicos enumerados en la tabla periódica. Una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades. Una molécula puede estar formada por uno o más átomos.

2. Hay espacios entre las partículas de materia.

3. Las partículas de materia se mueven de forma continua y caótica.

4. El movimiento de las partículas de materia se vuelve más intenso al aumentar la temperatura. El movimiento de partículas de materia se llama térmico.

5. Las partículas de materia interactúan entre sí: se atraen y se repelen. La atracción y la repulsión actúan simultánea y continuamente. Las fuerzas de interacción determinan las propiedades de los estados agregados de la materia. Dado que los átomos y las moléculas contienen partículas que tienen cargas eléctricas, las interacciones intermoleculares son de naturaleza electromagnética. Las fuerzas de atracción y repulsión dependen de forma diferente de la distancia entre las partículas. A una distancia aproximadamente igual al tamaño de la partícula, la atracción y la repulsión son iguales. Esta distancia corresponde a la disposición más estable de las partículas; a medida que la distancia disminuye, predomina la repulsión de las partículas. Con aumento - atracción. A distancias que exceden diez o más veces el tamaño de las partículas, las fuerzas de interacción son insignificantes.

Cada una de las cinco disposiciones de la teoría de la estructura de la materia tiene evidencia experimental.

1. Fotografías de sustancias con gran aumento. Fenómenos como trituración, disolución, dispersión de líquidos para formar películas finas.

2. Fotografías de la sustancia. Expansión térmica de sustancias. Reducir el volumen total al mezclar diferentes líquidos.

3. Difusión y movimiento browniano.

4. Un aumento en la velocidad de difusión y la intensidad del movimiento browniano al aumentar la temperatura de la sustancia.

5. Adhesión de sustancias en estrecho contacto, deformaciones elásticas, humectación de superficies sólidas por líquidos.

¿Por qué muchos sólidos tienen gran fuerza? Una locomotora diésel se puede levantar mediante un cable de acero de sólo 25 mm de espesor. Es difícil cortar la piedra en pedazos. Esto puede explicarse por la atracción de las partículas que forman los sólidos. Las moléculas (átomos) de los sólidos se atraen entre sí. Pero ¿por qué entonces los pedazos de un vidrio roto no se pueden unir en uno solo sin pegamento? Al mismo tiempo, los trozos de plastilina se pueden combinar fácilmente en una sola pieza.

Estos hechos pueden explicarse suponiendo que la atracción de las moléculas (átomos) se manifiesta sólo a pequeñas distancias entre ellas. De hecho, si calientas piezas de vidrio para que se ablande y las presionas, se pegarán formando una sola.

También se atraen moléculas líquidas. Realicemos un experimento. Colgamos una placa de vidrio limpia sobre el resorte y marcamos con un puntero la posición del extremo inferior del resorte. Acercaremos un recipiente con agua al plato hasta que entre en contacto con la superficie del agua, tras lo cual bajaremos el recipiente hasta que se desprenda el plato. La extensión del resorte aumentará, lo que indica la atracción de partículas líquidas (agua) en el recipiente y en la superficie de la placa de vidrio.

Pero las moléculas de gas (átomos) prácticamente no se atraen entre sí. En los gases, las partículas se encuentran a distancias mayores que en los líquidos y sólidos. La atracción a estas distancias es insignificante. Por tanto, las moléculas de gas se dispersan por todo el volumen proporcionado por el gas. Por ejemplo, el olor a perfume de un frasco abierto se esparce por toda la habitación.

¿Existe repulsión entre moléculas?

Tome una pelota de goma sólida e intente apretarla. es fácil de hacer? Una vez que dejas de apretar la pelota, inmediatamente recupera su forma. Medio, Hay repulsión entre partículas.. Fue la repulsión de las partículas lo que dificultó la compresión de la pelota, pero también le devolvió su forma original.

Es muy importante comprender que la atracción y repulsión de las partículas de una sustancia se manifiesta solo a pequeñas distancias entre partículas, es decir, en sólidos y líquidos, y cambia notablemente cuando cambian estas distancias. Al describir la interacción de las moléculas, las modelaremos como bolas. Así, a determinadas distancias, la atracción de dos moléculas se compensa (equilibra) mediante la repulsión. A medida que las moléculas se alejan, la repulsión se vuelve menor que la atracción y, a medida que las moléculas se acercan, la repulsión se vuelve mayor que la atracción.

La interacción de dos moléculas en un cuerpo se puede comparar aproximadamente con la interacción de dos bolas unidas por un resorte. a distancias r > r 0 (el resorte se estira) las bolas se atraen entre sí y a distancias r < r 0 (el resorte está comprimido) - rechazo.

Aunque este modelo es visual, tiene un inconveniente: muestra atracción o repulsión entre las bolas. Hay atracción y repulsión entre partículas de materia. ¡simultáneamente! A algunas distancias (cuando las partículas se alejan), predomina la atracción, y a otras (cuando las partículas se acercan), predomina la repulsión.