Головна / Вироби/ Частинки речовини взаємодіють один з одним силами. Дослідження різних речовин показали

Частинки речовини взаємодіють одна з одною силами. Дослідження різних речовин показали

Молекулярно-кінетичні уявлення про будову речовини пояснюють все різноманіття властивостей рідин, газів та твердих тіл. Між частинками речовини існують електромагнітні взаємодії - вони притягуються та відштовхуються одна від одної за допомогою електромагнітних сил. На дуже великих відстанях між молекулами ці сили дуже малі.

Сили взаємодії молекул

Але картина змінюється, якщо зменшувати відстань між частинками. Нейтральні молекули починають орієнтуватися в просторі так, що їх звернені одна до одної поверхні починають мати протилежні по знаку заряди і починають діяти сили тяжіння. Це відбувається, коли відстань між центрами молекул більше сумиїх радіусів.

Якщо продовжувати зменшувати відстань між молекулами, вони починають відштовхуватися внаслідок взаємодії однойменно заряджених електронних оболонок. Це відбувається, коли сума радіусів взаємодіючих молекул більша за відстань між центрами частинок.

Тобто великих міжмолекулярних відстанях переважає тяжіння, але в близьких - відштовхування. Але існує певна відстань між частинками, коли вони перебувають у положенні стійкої рівноваги (сили тяжіння дорівнюють силам відштовхування). У цьому положенні молекул має мінімальну потенційну енергію. Молекули також володіють кінетичною енергією, оскільки знаходяться весь час у безперервному русі.

Таким чином, міцність зв'язків взаємодії між частинками відрізняє три стани речовини: тверде тіло, газ та рідина, і пояснює їх властивості.

Візьмемо воду як приклад. Розмір, форма та хімічний складчастинок води залишається тим самим, чи є вона твердою (льодом) або газоподібною (паром). Але те, як ці частинки рухаються і розташовані, по-різному для кожного стану.

Тверді речовини

Тверді речовини зберігають свою структуру, їх можна розколоти чи розбити, доклавши зусилля. Ви не можете пройти через стіл, тому що і ви, і стіл є твердими. Тверді часткимають найменшу кількість енергії з трьох традиційних станів матерії. Частинки розташовані у певній структурній послідовності з дуже невеликим простором між ними.

Вони утримуються разом у рівновазі і можуть лише вібруватинавколо фіксованого становища. У зв'язку з цим тверді речовини мають високу щільністьі фіксовану форму та обсяг.Якщо залишити стіл протягом кількох днів у спокої, він не розшириться і тонким шаром деревини по всій підлозі не заповнить кімнату!

Рідини

Так само, як у твердій речовині, частинки рідини упаковані близько один до одного, але розташовуються випадковим чином. На відміну від твердих тіл людина може проходити через рідину, це пов'язано з ослабленням сили тяжіння, що діє між частинками. У рідини частинки можуть переміщатися одна щодо одної.

Рідини мають фіксований об'єм, але не мають фіксованої форми. Вони будуть текти під дією гравітаційних сил. Але деякі рідини більш в'язкі, ніж інші. У в'язкій рідині сильніша взаємодіяміж молекулами.

Молекули рідини мають набагато більшу кінетичну енергію (енергію руху), ніж тверде тіло, але набагато менше, ніж газ.

Гази

Частинки в газах знаходяться далеко одна від одної і розташовані випадковим чином. Цей стан матерії має найвищу кінетичну енергію, оскільки між частинками практично відсутні сили тяжіння.

Молекули газів знаходяться в постійному русі в усіх напрямках (але тільки по прямій лінії), стикаються один з одним, і зі стінками судини, в якій знаходяться, це викликає тиск.

Гази також розширюються, щоб повністю заповнити об'єм посудини, незалежно від його розміру чи форми - гази не мають фіксованої форми чи об'єму.

На малюнку справа частинки тіла схематично зображені впорядковано розташованими кульками. Стрілки показують сили відштовхування, що діють на частинку з боку її «сусідок». Якби всі частинки знаходилися на рівних відстанях одна від одної, то сили відштовхування взаємно врівноважувалися б («зелена» частка).

Однак, згідно з другим положенням МКТ, частки постійно і безладно рухаються. Через цю відстань від кожної частки до її сусідок постійно змінюються («червона» частка). Отже, сили їхньої взаємодії постійно змінюються і не врівноважуються, прагнучи повернути частинку в положення рівноваги. Тобто, потенційна енергія частинок твердих і рідких тіл, завжди існуючи, постійно змінюється.Порівняйте: у газах потенційна енергія частинок практично відсутня, оскільки вони знаходяться далеко один від одного (див. § 7-б).

Виникнення сили пружності.Стискаючи чи розтягуючи, згинаючи чи скручуючи тіло, ми зближуємо чи видаляємо його частинки (див. рис.). Тому змінюються сили тяжіння-відштовхування частинок, спільна дія яких і є. силою пружності.

Частинки гуми ластика, що згинається (див. також рис. «г») ми умовно зобразили кульками. При натисканні пальцем верхні частинки зближуються одна з одною («зелена» відстань менша за «червону»). Це призводить до виникнення сил відштовхування (чорні стрілки спрямовані частинок). Поблизу нижньої грані гумки частинки віддаляються один від одного, що призводить до виникнення між ними сил тяжіння (чорні стрілки направлені до частинок). Внаслідок одночасної дії сил відштовхування поблизу верхньої грані та сил тяжіння поблизу нижньої грані гумка «хоче» випрямитися. І це отже, що у ньому виникає сила пружності, спрямована протилежно силі тиску.

Перевірте свої знання:

Основна мета цього параграфу – обговорити...
Що ми помітимо при стисканні циліндрів торців?
Чи міцно циліндрики зчіплюються один з одним?
Який висновок випливає з досвіду із циліндриками?
За якої умови виникає тяжіння частинок тіл та речовин?
Яке спостереження свідчить про відштовхування частинок?
Чому ми вважаємо, що частинки речовин можуть відштовхуватися одна від одної?
За якої умови спостерігається взаємодія частинок?
Як змінюється характер взаємодії частинок речовини, залежно від відстані між ними?
У якому разі взаємодія частинок речовин відсутня?
Чому частинки речовин можуть мати потенційну енергію?
Чому у частинок твердих і рідких речовин завжди є потенційна енергія?
Що символізують чорні стрілки малюнку з частками твердого тіла?
Оскільки частинки будь-якого тіла чи речовини постійно рухаються, то ...
Оскільки відстані між частинками постійно змінюються, то ...
Охарактеризуйте потенційну енергію частинок твердих тіл та рідин. Вона, ...
Охарактеризуйте потенційну енергію частинок газів.
У яких випадках ми змінюємо відстань між частинками тіла?
При цьому сили тяжіння-відштовхування частинок тіла змінюються, оскільки...
Сила пружності тіла – це водночас діючі...
Що відбувається з частинками поблизу верхньої частини гумки? Вони...
Сила пружності в гумці виникає через...

Ви знаєте, що в тілах частинки перебувають у безперервному безладному русі. Чому ж тверде тіло не розпадається на окремі частки? Це тим, що частки (молекули чи атоми) більшості твердих тіл розташовані у порядку і дуже близько одна одній.

Кожна частка притягує до себе сусідні частки і сама притягується до них. Ці сили утримують, наприклад, атоми заліза в шматку металу, молекули води в шматку льоду або краплі води. Інакше кажучи, сила тяжіння – це сила, яка утримує частки разом.

Якщо розламати в'язальну спицю на дві частини і скласти їх разом, то вони не утримуватимуться один біля одного. Виявляється, тяжіння між частинками речовини стає можливим лише тоді, коли вони знаходяться на певній відстані, досить близько одна від одної.

Досвід дозволяє виявити тяжіння частинок.

Беруть невеликий свинцевий циліндр, розрізають на дві половини і швидко зрушують їх свіжими зрізами. Якщо місце зрізу не встигло окислитися, обидві частини свинцевого циліндра з'єднаються в одне ціле. Це можна перевірити, закріпивши один із циліндрів у тримач, а до іншого підвісивши вантаж. Половинка циліндра із вантажем не падає. Отже, молекули половинок циліндра взаємодіють одна з одною.

Мал. 34. Тяжіння частинок. Дві половини свинцевого циліндра з'єднуються завдяки взаємодії молекул

Описаний досвід вдається завдяки м'якості свинцю. З твердішими, ніж свинець, тілами (наприклад, половинками розбитого скла) подібний досвід здійснити неможливо.

Щоб відбулося з'єднання, молекули повинні знаходитися на відстані один від одного кілька менше розмірівсамих молекул. Шматки м'якого матеріалу, наприклад пластиліну, легко злипаються. Це відбувається тому, що їх можна зблизити на таку відстань, де діють сили тяжіння.

Будова рідин відрізняється від будови твердих тіл. У рідинах взаємодія між молекулами слабше, ніж у твердих тілах, але все-таки воно є. Уявіть, що налили в склянку воду, а потім перелили її в колбу. Спочатку рідина займала форму склянки, а потім колби, в яку її перелили. Якби у воді між молекулами діяло тяжіння такої ж сили, як і в твердих тілах, її форма не могла б змінюватися так легко.

Молекули в рідинах розташовані майже впритул один до одного, тому всі рідини мають дуже малу стисливість. Але взаємодія між молекулами не така велика, щоб рідини зберігали свою форму. Цим пояснюється головна властивість рідин – плинність.

Ми вже говорили, що газ можна стиснути так, що його обсяг зменшиться у кілька разів. Отже, в газах відстань між молекулами набагато більша за розміри самих молекул. У таких випадках молекули слабо притягуються одна до одної. Ось чому гази не зберігають форму та обсяг.

Між частинками у твердих тілах, рідинах та газах існує взаємне тяжіння.

Постає питання: «Чому існують проміжки між частинками?» Здавалося б, частки, притягуючись одна до одної, мають «злипнутися». Стиснення тіл, однак, перешкоджає відштовхування частинок.Що це так, можна переконатися з прикладу. Гумова гумка, стиснута і зігнута навпіл, розпрямиться, якщо краю відпустити. Стислі тіла розпрямляються тому, що при стиску частинки настільки зближуються, що починають відштовхуватися один від одного. Отже, тяжіння, що діє між частинками – атомами та молекулами, утримує їх один біля одного, а відштовхування перешкоджає їх повному зближенню.

Взаємодія частинок речовини

Сучасна теорія будови речовини спирається п'ять основних положень.

1. Усі речовини складаються з частинок.

атом – найдрібніша часткахімічного елемента, що зберігає його властивості Усі відомі хімічні елементиперераховані у таблиці Менделєєва. Молекула - найдрібніша частка речовини, що зберігає його властивості. Молекула може складатися з одного чи кількох атомів.

2. Між частинками речовини є проміжки.

3. Частинки речовини рухаються безперервно та хаотично.

4. Рух частинок речовини стає інтенсивнішим із зростанням температури. Рух частинок речовини називають тепловим.

5. Частинки речовини взаємодіють між собою: притягуються та відштовхуються. Тяжіння і відштовхування діють одночасно і постійно. Сили взаємодії визначають властивості агрегатних станів речовини. Оскільки до складу атомів і молекул входять частки, які мають електричними зарядами, міжмолекулярні взаємодії мають електромагнітну природу Сили тяжіння та відштовхування по-різному залежать від відстані між частинками. На відстані, приблизно рівному розміру частинки, тяжіння та відштовхування рівні. Цій відстані відповідає найбільш стійке розташування частинок, зменшення відстані переважає відштовхування частинок. Зі збільшенням – тяжіння. На відстанях, що перевищують розмір частинки в десять і більше разів, сили взаємодії дуже малі.

Кожне з п'яти положень теорії будови речовини має експериментальні докази.

1. Фотографії речовин із великим збільшенням. Такі явища, як сточування, розчинення, розтікання рідин до утворення тонких плівок.

2. Фотографії речовини. Теплове розширення речовин. Зменшення сумарного обсягу при змішуванні різних рідин.

3. Дифузія та броунівський рух.

4. Зростання швидкості дифузії та інтенсивності броунівського руху зі збільшенням температури речовини.

5. Злипання речовин при тісному контакті, пружні деформації, змочування рідинами твердих поверхонь.

Чому багато твердих тіл мають велику міцність? На сталевому тросі завтовшки всього 25 мм можна підняти тепловоз. Важко поділити на шматки камінь. Пояснити це можна тяжінням частинок, з яких складаються тверді тіла. Молекули (атоми) у твердих речовинах притягуються одна до одної.Але чому тоді шматки розбитої скляної склянки не можна без клею поєднати один з одним в одне ціле? У той же час шматки пластиліну можна легко з'єднати в один шматок.

Пояснити ці факти можна, припустивши, що тяжіння молекул (атомів) проявляється лише з малих відстанях з-поміж них. Дійсно, якщо нагріти скляні шматки так, щоб скло стало м'яким, і притиснути їх один до одного, вони злипнуться в одне ціле.

Притягуються молекули рідини. Проведемо досвід. Підвісимо на пружині чисту скляну пластинку та відзначимо положення нижнього кінця пружини покажчиком. Піднесемо до пластинки посудину з водою до зіткнення з поверхнею води, після чого опускатимемо посудину до відриву пластинки. Розтяг пружини збільшиться, що вказує на притягання частинок рідини (води) у посудині та на поверхні скляної пластини.

А ось молекули (атоми) газу практично не притягуються одна до одної. У газах частинки знаходяться на відстанях, більших, ніж у рідинах та твердих тілах. Тяжіння цих відстанях мізерно мало. Тому молекули газу розлітаються по всьому наданому об'єму газу. Наприклад, запах парфумів з відкритого флакона поширюється всією кімнатою.

А чи є між молекулами відштовхування?

Візьміть суцільний гумовий м'ячик і спробуйте його стиснути. Чи це легко зробити? Варто лише перестати стискати м'ячик, як він відразу відновлює свою форму. Значить, між частинками існує відштовхування. Саме відштовхування частинок ускладнювало стиск м'ячика, воно ж відновило його первісну форму.

Дуже важливо зрозуміти, що тяжіння та відштовхування частинок речовини проявляється лише на малих відстанях між частинками, тобто в твердих тілах та рідинах, і помітно змінюється при зміні цих відстаней. Описуючи взаємодію молекул, їх моделюватимемо кульками. Так, на певних відстанях тяжіння двох молекул компенсується (врівноважується) відштовхуванням. При віддаленні молекул відштовхування стає менше тяжіння, а при зближенні молекул відштовхування стає більше тяжіння.

Взаємодія двох молекул у тілі умовно можна порівняти із взаємодією двох кульок, скріплених пружиною. При відстанях r > r 0 (пружина розтягнута) кульки притягуються одна до одної, а при відстанях r < r 0 (пружина стиснута) - відштовхуються.

Хоча ця модель наочна, але має недолік: у ній між кульками проявляється або тяжіння, або відштовхування. Між частинками речовини тяжіння та відштовхування існує одночасно!На одних відстанях (при віддаленні частинок) переважає тяжіння, але в інших (при зближенні) - відштовхування.