โมเลกุลของของเหลวที่เป็นของแข็งและวัตถุที่เป็นก๊าซ ปฏิกิริยาของโมเลกุล ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ

« ฟิสิกส์ - เกรด 10 "

เป็นไปได้ไหมที่จะอธิบายคุณสมบัติของสารในทุกสถานะของการรวมกลุ่มโดยโครงสร้างของสาร การเคลื่อนที่และปฏิกิริยาของอนุภาคของมัน

แรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล

โมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน หากไม่มีปฏิสัมพันธ์นี้ จะไม่มีทั้งวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลว

ไม่ยากเลยที่จะพิสูจน์การมีอยู่ของแรงสำคัญของปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมหรือโมเลกุล ลองหักแท่งหนาๆดูสิ! แต่มันประกอบด้วยโมเลกุล แต่อยู่คนเดียว แรงดึงดูดไม่สามารถรับประกันการมีอยู่ของอะตอมและโมเลกุลที่เสถียร ที่ระยะห่างระหว่างโมเลกุลน้อยมาก จำเป็นต้องมี กองกำลังขับไล่. ด้วยเหตุนี้โมเลกุลจึงไม่แทรกซึมเข้าหากันและชิ้นส่วนของสสารจะไม่ถูกบีบอัดให้มีขนาดเท่ากับขนาดของโมเลกุลเดียว

โมเลกุลเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุแต่ละตัว ได้แก่ อิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอม

โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม แรงไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญกระทำระหว่างพวกมันในระยะทางสั้นๆ: ปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนและนิวเคลียสอะตอมของโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงเกิดขึ้น

หากโมเลกุลอยู่ในระยะทางที่เกินขนาดหลายครั้ง แรงปฏิสัมพันธ์จะไม่มีผลในทางปฏิบัติ

ที่ระยะทางเกิน 2-3 เส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุล แรงดึงดูดจะกระทำ เมื่อระยะห่างระหว่างโมเลกุลลดลง ความแข็งแรงของโมเลกุล แรงดึงดูดซึ่งกันและกันครั้งแรกจะเพิ่มขึ้น แต่ในขณะเดียวกันแรงผลักดันก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ที่ระยะหนึ่ง r 0 แรงดึงดูดจะเท่ากับแรงผลัก ระยะทางนี้ถือว่าเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล

เมื่อระยะห่างลดลงอีก เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมเริ่มซ้อนทับกันและแรงผลักจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว รูปที่ 8.5 แสดงกราฟของการพึ่งพาพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาของโมเลกุล (รูปที่ 8.5, a) และแรงดึงดูด (1) และแรงผลัก (2) (รูปที่ 8.5, b) บนระยะห่างระหว่างโมเลกุล ที่ r = r 0 พลังงานศักย์มีน้อย แรงดึงดูดเท่ากับแรงผลัก สำหรับ r > r 0 แรงดึงดูดมากกว่าแรงผลัก ที่ r< r 0 сила притяжения меньше силы отталкивания.

ทฤษฎีโมเลกุล-จลนพลศาสตร์ทำให้เข้าใจได้ว่าเหตุใดสารจึงสามารถอยู่ในสถานะก๊าซ ของเหลว และของแข็งได้

ดังนั้นแรงดึงดูดจะกระทำระหว่างโมเลกุลและพวกมันมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน สถานะรวมของสารถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของโมเลกุลทั้งสองนี้เป็นคุณสมบัติหลัก

ก๊าซ

ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างอะตอมหรือโมเลกุล โดยเฉลี่ย มากกว่าขนาดของโมเลกุลเองหลายเท่า ตัวอย่างเช่น ที่ความดันบรรยากาศ ปริมาตรของภาชนะจะมากกว่าปริมาตรของโมเลกุลในนั้นหลายหมื่นเท่า

ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่าย ในขณะที่ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลลดลง แต่รูปร่างของโมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลง

ก๊าซสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีกำหนด พวกเขาไม่รักษารูปร่างหรือปริมาตร ผลกระทบของโมเลกุลจำนวนมากบนผนังของภาชนะทำให้เกิดแรงดันแก๊ส

โมเลกุลของก๊าซที่มีความเร็วสูง - หลายร้อยเมตรต่อวินาที - เคลื่อนที่ในอวกาศ เมื่อชนกันจะกระเด้งกันไปคนละทิศทางเหมือนลูกบิลเลียด กองกำลังอ่อนแอแรงดึงดูดของโมเลกุลก๊าซไม่สามารถทำให้อยู่ใกล้กันได้

ในก๊าซ พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุลมีค่ามากกว่าพลังงานศักย์เฉลี่ยของปฏิกิริยา ดังนั้นเรามักจะละเลยพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาของโมเลกุลได้

ของเหลว

โมเลกุลของเหลวอยู่ใกล้กันเกือบเท่ากัน ดังนั้นโมเลกุลของเหลวจึงมีพฤติกรรมแตกต่างจากโมเลกุลของแก๊ส

ในของเหลวมีสิ่งที่เรียกว่า คำสั่งระยะสั้นกล่าวคือ การจัดเรียงโมเลกุลที่เป็นระเบียบจะได้รับการบำรุงรักษาในระยะทางเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลหลายขนาด

โมเลกุลสั่นรอบตำแหน่งสมดุล ชนกับโมเลกุลข้างเคียง บางครั้งมันจะทำให้ "กระโดด" ตกสู่ตำแหน่งสมดุลใหม่

ในตำแหน่งสมดุล แรงผลักเท่ากับแรงดึงดูด นั่นคือ แรงปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดของโมเลกุลเป็นศูนย์

ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลว ก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์โซเวียต Ya. I. Frenkel ทำให้สามารถเข้าใจคุณสมบัติพื้นฐานของของเหลวได้ ตามการแสดงออกที่เป็นรูปเป็นร่างของนักวิทยาศาสตร์: "... โมเลกุลของเหลวนำไปสู่วิถีชีวิตเร่ร่อน ... " ในเวลาเดียวกันเวลา ตั้งรกรากชีวิตโมเลกุลของน้ำ กล่าวคือ เวลาของการแกว่งของมันรอบตำแหน่งสมดุลจำเพาะหนึ่งตำแหน่งที่อุณหภูมิห้อง โดยเฉลี่ย 10 -11 วินาที เวลาของการแกว่งหนึ่งครั้งน้อยกว่ามาก (10 -12 - 10 -13 วินาที) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เวลาของชีวิตที่ตกตะกอนของโมเลกุลจะลดลง

โมเลกุลของเหลวตั้งอยู่ติดกันโดยตรง เมื่อปริมาตรลดลง แรงผลักจะมีขนาดใหญ่มาก นี้อธิบาย ของเหลวอัดตัวได้ต่ำ.

ของเหลว: 1) การบีบอัดต่ำ;
2) ของเหลวคือไม่คงรูปร่างไว้

สามารถอธิบายความลื่นไหลของของเหลวได้ดังนี้ แรงภายนอกไม่ได้เปลี่ยนแปลงจำนวนการกระโดดของโมเลกุลต่อวินาทีอย่างเห็นได้ชัด แต่การกระโดดของโมเลกุลจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งเกิดขึ้นอย่างเด่นชัดในทิศทางของการกระทำของแรงภายนอก นั่นคือเหตุผลที่ของเหลวไหลและอยู่ในรูปของภาชนะ

ในของเหลว พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุลเทียบได้กับพลังงานศักย์เฉลี่ยของปฏิกิริยาของพวกมัน การปรากฏตัวของแรงตึงผิวพิสูจน์ว่าแรงปฏิกิริยาของโมเลกุลของเหลวมีความสำคัญและไม่สามารถละเลยได้

ร่างกายที่เป็นของแข็ง

อะตอมหรือโมเลกุลของของแข็งซึ่งแตกต่างจากอะตอมและโมเลกุลของของเหลวจะแกว่งไปมาในตำแหน่งสมดุลบางตำแหน่ง สำหรับเหตุผลนี้ วัตถุที่เป็นของแข็งไม่เพียงรักษาปริมาตรเท่านั้น แต่ยังมีรูปร่างอีกด้วย

ในของแข็ง พลังงานศักย์เฉลี่ยของปฏิกิริยาของโมเลกุลนั้นมากกว่าพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของพวกมันมาก

หากเราเชื่อมจุดศูนย์กลางของตำแหน่งสมดุลของอะตอมหรือไอออนของวัตถุแข็งเข้าด้วยกัน เราจะได้โครงตาข่ายเชิงพื้นที่ปกติที่เรียกว่า ผลึก.

รูปที่ 8.6 และ 8.7 แสดงตะแกรงคริสตัลของเกลือแกงและเพชร คำสั่งภายในในการจัดเรียงอะตอมของผลึกนำไปสู่รูปทรงเรขาคณิตภายนอกที่ถูกต้อง

1 สไลด์

2 สไลด์

3 สไลด์

แก๊ส แก๊ส (gaseous state) (จากแก๊สดัตช์) เป็นสถานะรวมของสสารที่มีลักษณะเป็นพันธะที่อ่อนแอมากระหว่างอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ (โมเลกุล อะตอม หรือไอออน) ตลอดจนความคล่องตัวสูง อนุภาคก๊าซจะเคลื่อนที่อย่างอิสระเกือบและโกลาหลในช่วงเวลาระหว่างการชนกัน ในระหว่างนั้นธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของพวกมันจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว สถานะก๊าซของสารภายใต้สภาวะที่มีการดำรงอยู่ของเฟสของเหลวหรือของแข็งที่เสถียรของสารเดียวกันมักจะเรียกว่าไอ เช่นเดียวกับของเหลว ก๊าซเป็นของเหลวและต้านทานการเสียรูป ต่างจากของเหลว ก๊าซไม่มีปริมาตรคงที่ [และไม่ได้สร้างพื้นผิวที่ว่าง แต่มักจะเติมปริมาตรที่มีอยู่ทั้งหมด (เช่น ถัง)

4 สไลด์

สถานะก๊าซเป็นสถานะทั่วไปของสสารในจักรวาล (สสารระหว่างดวงดาว เนบิวลา ดาว บรรยากาศของดาวเคราะห์ ฯลฯ) โดย คุณสมบัติทางเคมีก๊าซและสารผสมมีความหลากหลายมาก - ตั้งแต่ก๊าซเฉื่อยที่มีฤทธิ์ต่ำไปจนถึงของผสมก๊าซที่ระเบิดได้ บางครั้ง] ก๊าซไม่เพียงแต่รวมถึงระบบของอะตอมและโมเลกุลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบของอนุภาคอื่นๆ ด้วย เช่น โฟตอน อิเล็กตรอน อนุภาคบราวเนียน และพลาสมา

5 สไลด์

ก๊าซสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีกำหนด พวกเขาไม่ได้รักษารูปร่างหรือปริมาตร การชนกันของโมเลกุลกับผนังของเรือหลายครั้งทำให้เกิดแรงดันแก๊ส

6 สไลด์

ของเหลว ของเหลวเป็นหนึ่งในสถานะรวมของสาร คุณสมบัติหลักของของเหลวซึ่งแตกต่างจากสถานะการรวมกลุ่มอื่น ๆ คือความสามารถในการเปลี่ยนรูปร่างอย่างไม่มีกำหนดภายใต้การกระทำของความเค้นเชิงกลในวงสัมผัส แม้จะเล็กน้อยโดยพลการ ในขณะที่รักษาปริมาตรในทางปฏิบัติ

7 สไลด์

ของเหลวเป็นร่างกายที่มีคุณสมบัติสองประการ: มีความลื่นไหลเนื่องจากไม่มีรูปแบบและอยู่ในรูปของภาชนะที่ตั้งอยู่. มันเปลี่ยนรูปร่างและปริมาตรเล็กน้อยตามการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิซึ่งคล้ายกับร่างกายที่มั่นคง

8 สไลด์

สถานะของเหลวมักจะถูกมองว่าเป็นตัวกลางระหว่างของแข็งกับก๊าซ: ก๊าซจะไม่เก็บปริมาตรและรูปร่างไว้ ในขณะที่ของแข็งยังคงรักษาทั้งสองไว้ รูปร่างของตัวของเหลวสามารถกำหนดได้ทั้งหมดหรือบางส่วนโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพื้นผิวของพวกมันมีพฤติกรรมเหมือนเมมเบรนยืดหยุ่น ดังนั้นน้ำสามารถสะสมเป็นหยดได้ แต่ของเหลวสามารถไหลได้แม้อยู่ใต้พื้นผิวที่ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้ และนี่ก็หมายถึงรูปแบบที่ไม่คงสภาพไว้ (ของชิ้นส่วนภายในของตัวของเหลว) โมเลกุลของของเหลวไม่มีตำแหน่งที่แน่นอน แต่ในขณะเดียวกัน พวกมันก็ไม่มีอิสระในการเคลื่อนไหวอย่างสมบูรณ์ มีแรงดึงดูดระหว่างพวกเขา แข็งแกร่งพอที่จะทำให้พวกเขาอยู่ใกล้ สารในสถานะของเหลวมีอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่แน่นอน ซึ่งอยู่ด้านล่างซึ่งผ่านเข้าสู่สถานะของแข็ง (เกิดการตกผลึกหรือเปลี่ยนเป็นสถานะอสัณฐานที่เป็นของแข็ง - แก้ว) ด้านบน - เป็นสถานะก๊าซ (เกิดการระเหย) ขอบเขตของช่วงเวลานี้ขึ้นอยู่กับแรงกดดัน ตามกฎแล้วสารในสถานะของเหลวมีการดัดแปลงเพียงครั้งเดียว (ข้อยกเว้นที่สำคัญที่สุดคือของเหลวควอนตัมและผลึกเหลว) ดังนั้น ในกรณีส่วนใหญ่ ของเหลวไม่ได้เป็นเพียงสถานะของการรวมตัวเท่านั้น แต่ยังเป็นเฟสทางอุณหพลศาสตร์ด้วย (เฟสของเหลว) ของเหลวทั้งหมดมักจะถูกแบ่งออกเป็นของเหลวและของผสมบริสุทธิ์ ของเหลวบางชนิดมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับชีวิต เช่น เลือด น้ำทะเล เป็นต้น ของเหลวสามารถทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายได้

9 สไลด์

การเกิดพื้นผิวอิสระและแรงตึงผิว เนื่องจากการอนุรักษ์ปริมาตร ของเหลวจึงสามารถสร้างพื้นผิวอิสระได้ พื้นผิวดังกล่าวเป็นส่วนต่อประสานเฟสของสารที่กำหนด: ด้านหนึ่งมีเฟสของเหลวอีกด้านหนึ่ง - ก๊าซ (ไอน้ำ) และอาจเป็นก๊าซอื่นเช่นอากาศ หากเฟสของเหลวและก๊าซของสารเดียวกันสัมผัสกัน แรงจะเกิดขึ้นที่มีแนวโน้มลดพื้นที่ส่วนต่อประสาน - แรงตึงผิว อินเทอร์เฟซมีลักษณะเหมือนเมมเบรนยืดหยุ่นที่มีแนวโน้มหดตัว แรงตึงผิวสามารถอธิบายได้ด้วยแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของเหลว แต่ละโมเลกุลดึงดูดโมเลกุลอื่น ๆ พยายามที่จะ "ล้อมรอบ" ตัวเองกับพวกมันดังนั้นจึงออกจากพื้นผิว ดังนั้นพื้นผิวจึงมีแนวโน้มลดลง ดังนั้นฟองสบู่และฟองสบู่ในระหว่างการเดือดจึงมีแนวโน้มที่จะมีรูปร่างเป็นทรงกลม: สำหรับปริมาตรที่กำหนด ลูกบอลจะมีพื้นผิวขั้นต่ำ หากแรงตึงผิวกระทำต่อของเหลวเพียงอย่างเดียว มันก็จะเป็นรูปทรงกลม - ตัวอย่างเช่น หยดน้ำในสภาวะไร้น้ำหนัก วัตถุขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นมากกว่าความหนาแน่นของของเหลวสามารถ "ลอย" บนพื้นผิวของของเหลวได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงจะน้อยกว่าแรงที่ขัดขวางไม่ให้พื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น

10 สไลด์

การระเหยคือการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยของสารจากของเหลวไปเป็นเฟสก๊าซ (ไอน้ำ) ในระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน โมเลกุลบางตัวจะปล่อยของเหลวผ่านพื้นผิวและกลายเป็นไอ ในขณะเดียวกัน โมเลกุลบางตัวก็ส่งผ่านกลับจากไอเป็นของเหลว หากโมเลกุลออกจากของเหลวมากกว่าเข้ามา การระเหยจะเกิดขึ้น การควบแน่นเป็นกระบวนการย้อนกลับ การเปลี่ยนสถานะของสารจากสถานะก๊าซเป็นสถานะของเหลว ในกรณีนี้ โมเลกุลจะส่งผ่านจากไอไปยังของเหลวมากกว่าเข้าไปในไอจากของเหลว การเดือดเป็นกระบวนการของการกลายเป็นไอภายในของเหลว ที่อุณหภูมิสูงพอสมควร ความดันไอจะสูงกว่าความดันภายในของเหลว และฟองไอระเหยเริ่มก่อตัวขึ้นที่นั่น ซึ่ง (ภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วง) จะลอยขึ้นไปด้านบน การทำให้เปียกเป็นปรากฏการณ์พื้นผิวที่เกิดขึ้นเมื่อของเหลวสัมผัสกับพื้นผิวที่เป็นของแข็งในที่ที่มีไอน้ำ นั่นคือที่ส่วนต่อประสานของสามเฟส Miscibility คือความสามารถของของเหลวที่จะละลายซึ่งกันและกัน ตัวอย่างของเหลวที่ผสมกันได้: น้ำและเอทิลแอลกอฮอล์ ตัวอย่างของเหลวที่ผสมไม่ได้: น้ำและน้ำมันเหลว การเปลี่ยนสถานะของเหลวจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง

11 สไลด์

ของแข็ง ของแข็งเป็นหนึ่งในสี่สถานะรวมของสสาร ซึ่งแตกต่างจากสถานะมวลรวมอื่นๆ (ของเหลว ก๊าซ พลาสมา) โดยความเสถียรของรูปร่างและลักษณะของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมที่ทำให้เกิดการสั่นเล็กน้อยรอบตำแหน่งสมดุล

ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลทำให้เข้าใจได้ว่าเหตุใดสารจึงสามารถอยู่ในสถานะก๊าซ ของเหลว และของแข็งได้

แก๊ส.ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลในตัวกลางนั้นมากกว่าขนาดของโมเลกุลเองหลายเท่า (รูปที่ 10) ตัวอย่างเช่น ที่ความดันบรรยากาศ ปริมาตรของภาชนะคือสิบ

มากกว่าปริมาตรของโมเลกุลก๊าซในถังพันเท่า

ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่าย เนื่องจากเมื่อก๊าซถูกบีบอัด ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลจะลดลงเท่านั้น แต่โมเลกุลจะไม่ "บีบ" กัน (รูปที่ 11)

โมเลกุลที่มีความเร็วสูง - หลายร้อยเมตรต่อวินาที - เคลื่อนที่ในอวกาศ เมื่อชนกันจะกระเด้งกันไปคนละทิศทางเหมือนลูกบิลเลียด

แรงดึงดูดที่อ่อนแอของโมเลกุลก๊าซไม่สามารถทำให้พวกมันอยู่ใกล้กัน ดังนั้นก๊าซสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีกำหนด พวกเขาไม่รักษารูปร่างหรือปริมาตร

ผลกระทบของโมเลกุลจำนวนมากบนผนังของภาชนะทำให้เกิดแรงดันแก๊ส

ของเหลวในของเหลว โมเลกุลจะอยู่ใกล้กัน (รูปที่ 12) ดังนั้นโมเลกุลในของเหลวจึงมีพฤติกรรมแตกต่างจากในแก๊ส โมเลกุลอื่นถูกยึดเหมือนในเซลล์ โดยจะทำการ "วิ่งเข้าที่" (สั่นรอบตำแหน่งสมดุล ชนกับโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียง) บางครั้งมันทำให้ "กระโดด" ทะลุ "คานของกรง" แต่แล้วก็ตกลงไปใน "กรง" ใหม่ที่สร้างขึ้นโดยเพื่อนบ้านใหม่ เวลาของ "การตกตะกอน" ของโมเลกุลน้ำ กล่าวคือ เวลาของการแกว่งรอบตำแหน่งสมดุลจำเพาะหนึ่งตำแหน่ง ที่อุณหภูมิห้องโดยเฉลี่ย s เวลาของการแกว่งหนึ่งครั้งนั้นน้อยกว่ามาก เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น "ชีวิตที่อยู่กับที่" ของโมเลกุลจะลดลง ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลว ก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์โซเวียต Ya. I. Frenkel ทำให้สามารถเข้าใจคุณสมบัติพื้นฐานของของเหลวได้

โมเลกุลของของเหลวตั้งอยู่ติดกันโดยตรง ดังนั้น เมื่อคุณพยายามเปลี่ยนปริมาตรของของเหลวแม้เพียงเล็กน้อย การเปลี่ยนรูปของโมเลกุลเองก็เริ่มต้นขึ้น (รูปที่ 13) และต้องใช้พลังอย่างมาก สิ่งนี้อธิบายการอัดตัวของของเหลวต่ำ

ของเหลวอย่างที่คุณทราบนั้นเป็นของเหลวนั่นคือไม่คงรูปร่างไว้ อธิบายได้ดังนี้ หากของเหลวไม่ไหล การกระโดดของโมเลกุลจากตำแหน่ง "อยู่ประจำ" หนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งจะเกิดขึ้นด้วยความถี่เดียวกันในทุกทิศทาง (รูปที่ 12) แรงภายนอกไม่ได้เปลี่ยนจำนวนการกระโดดของโมเลกุลต่อวินาทีอย่างเห็นได้ชัด แต่การกระโดดของโมเลกุลจากตำแหน่ง "อยู่ประจำ" หนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งเกิดขึ้นอย่างเด่นชัดในทิศทางของแรงภายนอก (รูปที่ 14) นี่คือสาเหตุที่ของเหลวไหลออกมาเป็นภาชนะ

ของแข็งอะตอมหรือโมเลกุลของของแข็งซึ่งแตกต่างจากของเหลวจะแกว่งไปมาในตำแหน่งสมดุลบางตำแหน่ง จริงอยู่ บางครั้งโมเลกุลเปลี่ยนตำแหน่งสมดุล แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นน้อยมาก นั่นคือเหตุผลที่ของแข็งไม่เพียงรักษาปริมาตร แต่ยังมีรูปร่างด้วย

ของเหลวและของแข็งมีความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ของเหลวเปรียบได้กับฝูงชนซึ่งสมาชิกแต่ละคนถูกผลักเข้าที่อย่างไม่สบายใจและร่างกายที่แข็งก็เหมือนกับกลุ่มที่เพรียวบางซึ่งแม้ว่าพวกเขาจะไม่สนใจ (เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน) ให้คงไว้ ช่วงเวลาหนึ่งโดยเฉลี่ยระหว่างกัน หากเราเชื่อมต่อจุดศูนย์กลางของตำแหน่งสมดุลของอะตอมหรือไอออนของวัตถุแข็ง เราก็จะได้โครงข่ายเชิงพื้นที่ปกติที่เรียกว่าผลึกหนึ่ง รูปที่ 15 และ 16 แสดงตะแกรงคริสตัลของเกลือแกงและเพชร ลำดับภายในในการจัดเรียงอะตอมของผลึกนำไปสู่รูปแบบภายนอกที่ถูกต้องทางเรขาคณิต รูปที่ 17 แสดงเพชรยาคุต

คำอธิบายเชิงคุณภาพเกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานของสสารบนพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล ดังที่คุณเห็นแล้ว ไม่ใช่เรื่องยากเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีที่สร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างปริมาณที่วัดได้ในการทดลอง (ความดัน อุณหภูมิ ฯลฯ) กับคุณสมบัติของโมเลกุล จำนวนและความเร็วของการเคลื่อนที่นั้นซับซ้อนมาก เราจำกัดตัวเองให้พิจารณาทฤษฎีของก๊าซ

1. ให้หลักฐานการมีอยู่ของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล

2. เหตุใดการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนจึงมองเห็นได้เฉพาะอนุภาคที่มีมวลขนาดเล็กเท่านั้น

3. แรงระดับโมเลกุลมีลักษณะอย่างไร? 4. แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างโมเลกุลอย่างไร? 5. ทำไมแท่งตะกั่วสองแท่งที่มีการตัดเรียบและสะอาดจึงเกาะติดกันเมื่อกดเข้าหากัน? 6. อะไรคือความแตกต่างระหว่างการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุลของก๊าซ ของเหลว และของแข็ง?

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ สสารทั้งหมดบนดาวเคราะห์โลกมีสถานะหนึ่งในสามสถานะ: ก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง นอกจากนี้ยังมีสถานะที่สี่ของสสารที่เรียกว่าพลาสมา พิจารณาคำถามเกี่ยวกับโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งเมื่อสภาวะภายนอกเปลี่ยนแปลง

สถานะของแข็งของสสาร

ของแข็งมีลักษณะเฉพาะด้วยความสามารถในการต้านทานแรงภายนอกที่กระทำต่อพวกมันเพื่อเปลี่ยนรูปร่างและปริมาตร เมื่อพิจารณาถึงคำถามเกี่ยวกับโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง และอาศัยอยู่ในส่วนหลัง ต้องบอกว่าโมเลกุลในตัวมันเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา ดังนั้น วัตถุจึงมีรูปแบบเฉพาะ ซึ่งจะคงไว้ภายใต้สภาวะภายนอกที่คงที่

โมเลกุลในของแข็งสามารถอยู่ในสถานะที่ได้รับคำสั่งจากนั้นก็พูดถึงโครงสร้างผลึก หรืออาจอยู่ในสภาพที่ไม่เป็นระเบียบ แล้วเรากำลังพูดถึงของแข็งอสัณฐาน ตัวอย่างที่โดดเด่นของโครงตาข่ายคริสตัลคือโครงสร้างของระบบโลหะ ซึ่งในอวกาศจะสร้างโครงตาข่ายในอุดมคติของประเภทใดประเภทหนึ่งโดยเฉพาะที่โหนดซึ่งมีไอออนของอะตอมอยู่ ตัวอย่างของวัตถุทึบที่มีโครงสร้างอสัณฐานคือแก้ว

วิทยาศาสตร์เรื่องยาก

ของแข็งศึกษาวิทยาศาสตร์หลายอย่างซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

• ฟิสิกส์ของสสารควบแน่น ศึกษาสสารที่เป็นของแข็งและของเหลวซึ่งมีขนาดเกิน 10 19 อนุภาค โดยใช้วิธีการทดลองและทฤษฎี
• กลศาสตร์ของการเสียรูป วิทยาศาสตร์นี้ศึกษาคุณสมบัติทางกลของของแข็ง เช่น ความเค้น การเปลี่ยนรูปของยางยืดและพลาสติก ตลอดจนความสัมพันธ์ของคุณสมบัติเหล่านี้กับพารามิเตอร์ภายนอกทางอุณหพลศาสตร์ ในระเบียบวินัยนี้ โครงสร้างของของแข็งนั้นไม่สำคัญ
• วัสดุศาสตร์. ได้ศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลของวัตถุที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ตลอดจนการเปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะเหล่านี้
• เคมีโซลิดสเตต. สาขาวิชานี้เชี่ยวชาญในการสังเคราะห์วัสดุใหม่ในสถานะของแข็ง

คุณสมบัติบางอย่างของของแข็ง

ที่ความดันคงที่และอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ สารจะอยู่ในสถานะของแข็ง ผลกระทบของแรงภายนอกเล็กน้อยต่อสถานะของแข็งไม่ได้นำไปสู่การเสียรูปภายนอกที่แยกแยะได้ของตัวของแข็ง

หากแรงเพิ่มขึ้น ร่างกายจะเริ่มบิดเบี้ยวอย่างยืดหยุ่น ด้วยอิทธิพลภายนอกที่เพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้น เป็นไปได้สองทางเลือก:

1. หากร่างกายเป็นโลหะก็จะเริ่มสัมผัสกับการเสียรูปของพลาสติกนั่นคือการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญจะเกิดขึ้นในรูปร่างซึ่งจะยังคงอยู่หลังจากการหยุดอิทธิพลภายนอก
2. หากร่างกายมีโครงสร้างอสัณฐานหรือโครงสร้างผลึก แต่มีไอออนของสัญญาณต่างกันที่ไซต์ขัดแตะเช่นคริสตัลของโซเดียมคลอไรด์ NaCl จากนั้นร่างกายจะไม่ทำให้เสียรูปพลาสติก แต่เพียงแค่ยุบ

ร่างกายที่เป็นของแข็งแต่ละชิ้นมีลักษณะเฉพาะด้วยความหนาแน่นที่แน่นอน สารที่เบาที่สุดในหมวดหมู่นี้คือแอโรเจล มีความหนาแน่น 3 กก./ลบ.ม. วัสดุแข็งที่หนาแน่นที่สุดที่มนุษย์รู้จักคือโลหะ - ออสเมียม ออสเมียมหนึ่งลูกบาศก์เมตรมีมวล 22,600 กิโลกรัม

วัสดุโลหะ

ของแข็งกลุ่มพิเศษคือโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสม ความแตกต่างในกรณีนี้ในโครงสร้างของของแข็งจากสถานะก๊าซและของเหลวของสสารอยู่ในการดำรงอยู่ของโครงข่ายธาตุเชิงพื้นที่ซึ่งเรียกว่าตาข่ายคริสตัล

เนื่องจากโครงสร้างผลึก โลหะจึงมีคุณสมบัติที่สำคัญหลายประการ เช่น ความเป็นพลาสติกและการเลี้ยวเบน เกือบทั้งหมดมีอยู่ในสามโครงผลึกหลัก:

• ลูกบาศก์ที่อยู่กึ่งกลางใบหน้า เช่น Au, Ag, Al, Cu;
• ลูกบาศก์ศูนย์กลางของร่างกายเช่น Nb, Mo, W, Fe;
• หกเหลี่ยมปิดแน่น เช่น Ti, Zr.

เพื่อศึกษาคุณสมบัติของผลึกขัดแตะ วิทยาศาสตร์ของผลึกศาสตร์ได้รับการพัฒนา

สถานะของสสารควบแน่น - ของเหลว

สถานะของเหลวเช่นเดียวกับสถานะของแข็งไม่สามารถบีบอัดได้นั่นคือจะรักษาปริมาตรไว้ในช่วงความดันที่มีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม ของเหลวนั้นไม่คงรูปร่างของมันไว้ ซึ่งทำให้มันแตกต่างจากวัตถุที่เป็นของแข็ง และทำให้มันเข้าใกล้สถานะก๊าซของสสารมากขึ้น

หากแรงของโมเลกุลและอะตอมกระทำในการก่อตัวของของแข็ง ของเหลวจะก่อตัวขึ้นโดยโมเลกุลที่เชื่อมต่อกันด้วยแรงโมเลกุลที่อ่อนเท่านั้น สิ่งที่พบได้บ่อยที่สุดบนโลกคือน้ำ ซึ่งเหมือนกับก๊าซ สามารถอยู่ในรูปแบบของภาชนะที่วางน้ำไว้ได้

หากเราพูดถึงโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ก็ควรที่จะกล่าวว่าของเหลวซึ่งแตกต่างจากแก๊สจะไม่เปลี่ยนความหนาแน่นของมันเมื่อวางในภาชนะปิดใดๆ

คุณสมบัติเฉพาะของของเหลว

สำหรับของเหลวแต่ละชนิด เนื่องจากมีแรงโมเลกุลอยู่ในนั้น จึงมีคุณสมบัติเช่นแรงตึงผิวและผลกระทบของเส้นเลือดฝอย หากสสารอยู่ในสนามโน้มถ่วง เช่น ของโลกของเรา วัตถุใดๆ ที่อยู่ในนั้นจะถูกผลักออกจากของเหลวตามกฎที่มีชื่อเสียงของอาร์คิมิดีส

ถ้าแรงโน้มถ่วงไม่ทำปฏิกิริยากับของเหลว แรงลอยตัวจะเป็นศูนย์ นอกจากนี้ ในกรณีที่ไม่มีแรงภายนอก สารในสถานะนี้มักจะได้รับพื้นที่ผิวที่เล็กที่สุด ซึ่งจะช่วยลดพลังงานทั้งหมด นั่นคือเหตุผลที่ภายใต้สภาวะไร้น้ำหนัก หยดน้ำมีรูปร่างเป็นทรงกลม เนื่องจากลูกบอลเป็นรูปทรงที่มีพื้นที่ผิวเล็กที่สุดสำหรับปริมาตรของของเหลวนี้

คุณสมบัติของเส้นเลือดฝอยอธิบายโดยความสามารถของโมเลกุลในการเข้าสู่พันธะไม่เพียง แต่กับแต่ละอื่น ๆ แต่ยังรวมถึงอะตอมและโมเลกุลของร่างกายอื่นด้วย ลักษณะทางกายภาพของของไหลเหล่านี้เรียกว่าการเกาะติดกันและการยึดเกาะตามลำดับ

เมื่อพูดสั้น ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง เราควรกล่าวถึงคุณสมบัติของความหนืดซึ่งมีอยู่ในสถานะของเหลวและก๊าซ ความหนืดเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นความสามารถในการต้านทานการเคลื่อนตัวของชั้นของสารที่สัมพันธ์กันในสภาวะที่มีแรงดันไล่ระดับ สำหรับของเหลว ตัวบ่งชี้นี้ขึ้นอยู่กับอัตราการกระจัดของชั้น อุณหภูมิ และน้ำหนักโมเลกุล ยิ่งความเร็วของร่างกายในของเหลวสูงขึ้น น้ำหนักโมเลกุลของอนุภาคของของเหลวก็จะยิ่งมากขึ้น และอุณหภูมิยิ่งต่ำ ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้น

โครงสร้างของก๊าซ

ก๊าซเป็นสถานะของสสารเมื่ออนุภาคที่เป็นส่วนประกอบไม่ถูกผูกมัดด้วยแรงใดๆ ต่อกัน หรือกองกำลังเหล่านี้อ่อนแอมาก ดังนั้นสารดังกล่าวจึงเปลี่ยนปริมาตรและรูปร่างได้อย่างอิสระโดยเติมภาชนะทั้งหมดที่วาง ความแตกต่างในโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซจากของเหลวและของแข็งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าพวกมันมีความหนาแน่นต่ำกว่า ในกรณีของสถานะก๊าซในน้ำ เป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงไอน้ำ

ในก๊าซจริงไม่มีความผิดปกติแน่นอน อย่างไรก็ตาม โมเลกุลในนั้นเคลื่อนที่เร็วมากจนแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ดังนั้นก๊าซจะเติมปริมาตรใด ๆ อย่างแน่นอนและโมเลกุลในนั้นจะถูกแยกออกจากกันค่อนข้าง ระยะทางไกลเมื่อเทียบกับขนาดของโมเลกุลเอง เนื่องจากระยะห่างระหว่างโมเลกุลที่มาก ก๊าซจึงถูกบีบอัดได้ง่าย ในขณะที่เพิ่มความหนาแน่นและความดันภายใน

แก๊สในอุดมคติ

ในทางฟิสิกส์ เนื่องมาจากการสร้างแบบจำลองโครงสร้างของวัตถุของแข็ง ของเหลว และก๊าซ การทำให้เข้าใจง่ายที่สมเหตุสมผลบางประการของสถานะที่แท้จริงของสสารจึงเกิดขึ้น ซึ่งช่วยให้ใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่ง่ายกว่าในการศึกษาสถานะเหล่านี้ โมเดลดังกล่าวรุ่นหนึ่งคือแนวคิดของก๊าซในอุดมคติ

คำนี้หมายถึงสถานะก๊าซของสสาร ซึ่งโมเลกุลจะมีขนาดจุดเมื่อเปรียบเทียบกับระยะห่างระหว่างพวกมัน และพวกมันไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

ภายใต้สภาวะปกติ กล่าวคือ ที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิห้อง ก๊าซจริงส่วนใหญ่ถือได้ว่าเป็นอุดมคติ ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ก๊าซมีตระกูล คาร์บอนไดออกไซด์ และอื่นๆ

สมการสถานะสำหรับก๊าซในอุดมคติมีดังนี้:

P * V = n * R * T โดยที่:

P, V, T และ n - ความดันปริมาตรอุณหภูมิและปริมาณของสารก๊าซตามลำดับ

R \u003d 8.31 J / (mol * K) - ค่าคงที่สากล

พลาสม่า - สถานะของสสารที่สี่

เมื่อพิจารณาถึงโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็งในระดับ 10 พวกเขายังให้ความสนใจกับสถานะอื่นของสสาร - พลาสม่า ซึ่งเป็นก๊าซที่ประกอบด้วยไพเพอร์และแอนไอออน ซึ่งก็คืออนุภาคที่มีประจุบวกและลบ ตัวอย่างที่สำคัญของพลาสม่าคือสิ่งที่ประกอบเป็นดวงอาทิตย์ของเรา

ในคุณสมบัติหลายประการ พลาสมามีลักษณะคล้ายกับก๊าซ ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือสามารถตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กและนำกระแสไฟฟ้าได้ สามารถรับพลาสม่าได้โดยการให้ความร้อนสูงถึง อุณหภูมิสูงแก๊ส เนื่องจากการชนกันระหว่างโมเลกุลถูกเหนี่ยวนำให้เกิด ซึ่งทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนบางส่วนหรือทั้งหมด

การเปลี่ยนแปลงสถานะของสสาร

ในวิชาฟิสิกส์คลาส 10 พิจารณาโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของแข็งและของเหลวพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะเหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะของสารเป็นไปได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นเฉพาะในโครงสร้างทางกายภาพของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ในขณะที่องค์ประกอบทางเคมียังคงที่

การเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้ระหว่างสถานะของสสารต่างๆ เป็นไปได้:

• ละลาย. กระบวนการดูดความร้อนของการเปลี่ยนแปลงจากสถานะของแข็งเป็นของเหลว
• การตกผลึก กระบวนการคายความร้อนซึ่งของเหลวจะกลายเป็นของแข็งเมื่อเย็นตัวลง
• เดือด. กระบวนการดูดความร้อนทางกายภาพซึ่งของเหลวเปลี่ยนเป็นก๊าซ
• การควบแน่น การเปลี่ยนแปลงแบบคายความร้อนของก๊าซเป็นของเหลว
• การระเหิดหรือการระเหิด การเปลี่ยนถ่ายความร้อนจากของแข็งเป็นก๊าซ โดยผ่านสถานะของเหลว ตัวอย่างคลาสสิกคือการระเหิดของน้ำแข็งแห้ง

ควรสังเกตว่ากระบวนการดูดความร้อนและคายความร้อนทั้งหมดของการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้นกับอุณหภูมิคงที่ของสาร กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้ซึ่งมีสาเหตุมาจากลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลวและของแข็งนั้นมีพลัง นั่นคือ พวกเขาต้องการการจัดหาหรือการกำจัดพลังงานในระหว่างการดำเนินการ

ก๊าซ ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างอะตอมหรือโมเลกุล โดยเฉลี่ย มากกว่าขนาดของโมเลกุลเองหลายเท่า ตัวอย่างเช่น ที่ความดันบรรยากาศ ปริมาตรของภาชนะมีค่ามากกว่าปริมาตรของโมเลกุลที่บรรจุอยู่ภายในหลายหมื่นเท่า

ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่าย จึงช่วยลดระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุล แต่โมเลกุลไม่บีบกัน

โมเลกุลที่มีความเร็วสูง - หลายร้อยเมตรต่อวินาที - เคลื่อนที่ในอวกาศ เมื่อชนกันจะกระเด้งกันไปคนละทิศทางเหมือนลูกบิลเลียด แรงดึงดูดที่อ่อนแอของโมเลกุลก๊าซไม่สามารถทำให้พวกมันอยู่ใกล้กัน ดังนั้นก๊าซสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีกำหนด พวกเขาไม่รักษารูปร่างหรือปริมาตร ผลกระทบของโมเลกุลจำนวนมากบนผนังของภาชนะทำให้เกิดแรงดันแก๊ส

ของเหลว โมเลกุลของเหลวอยู่ใกล้กันเกือบเท่ากัน ดังนั้นโมเลกุลของเหลวจึงมีพฤติกรรมแตกต่างจากโมเลกุลของแก๊ส ในของเหลวมีสิ่งที่เรียกว่าคำสั่งระยะสั้น กล่าวคือ การจัดเรียงโมเลกุลตามคำสั่งจะถูกเก็บรักษาไว้ที่ระยะห่างเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลหลายขนาด โมเลกุลสั่นสะเทือนรอบตำแหน่ง ชนกับโมเลกุลข้างเคียง บางครั้งมันจะทำให้ "กระโดด" ตกสู่ตำแหน่งสมดุลใหม่ ในตำแหน่งสมดุลนี้ แรงผลักเท่ากับแรงดึงดูด นั่นคือ แรงปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดของโมเลกุลเป็นศูนย์ เวลาของชีวิตที่ตกตะกอนของโมเลกุลน้ำ กล่าวคือ เวลาของการแกว่งของมันรอบตำแหน่งสมดุลจำเพาะหนึ่งตำแหน่งที่อุณหภูมิห้อง โดยเฉลี่ย 10-11 วินาที เวลาของการแกว่งหนึ่งครั้งน้อยกว่ามาก (10-12-10-13 วินาที) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เวลาของชีวิตที่ตกตะกอนของโมเลกุลจะลดลง ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลว ก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์โซเวียต Ya.I. Frenkel ช่วยให้คุณเข้าใจคุณสมบัติพื้นฐานของของเหลว โมเลกุลของเหลวตั้งอยู่ติดกันโดยตรง ด้วยปริมาตรที่ลดลง แรงผลักจะมีขนาดใหญ่มาก สิ่งนี้อธิบายการอัดตัวของของเหลวต่ำ ดังที่คุณทราบของเหลวเป็นของเหลวนั่นคือไม่คงรูปร่างไว้ สามารถอธิบายได้เช่นนี้ แรงภายนอกไม่ได้เปลี่ยนแปลงจำนวนการกระโดดของโมเลกุลต่อวินาทีอย่างเห็นได้ชัด แต่การกระโดดของโมเลกุลจากตำแหน่งที่ตัดสินหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในทิศทางของแรงภายนอก (รูปที่ 8.8) นั่นคือเหตุผลที่ของเหลวไหลและอยู่ในรูปของภาชนะ

ของแข็ง

อะตอมหรือโมเลกุลของของแข็งสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งสมดุล ดังนั้นของแข็งไม่เพียงแต่คงปริมาตร แต่ยังมีรูปร่าง

หากคุณเชื่อมต่อจุดศูนย์กลางสมดุลของอะตอมหรือไอออนของวัตถุแข็ง คุณจะได้โครงข่ายเชิงพื้นที่ที่ถูกต้อง ซึ่งเรียกว่าผลึก

ร่างกายที่เป็นผลึก

คริสตัลเป็นของแข็งที่มีอะตอมหรือโมเลกุลอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมในอวกาศ ดังนั้นคริสตัลจึงมีหน้าแบน ตัวอย่างเช่น เม็ดเกลือแกงธรรมดามีขอบแบนที่ทำมุมฉากกัน

Anisotropy ของคริสตัล

รูปแบบภายนอกที่ถูกต้องไม่เพียงเท่านั้นและไม่ใช่ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดของโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งของคริสตัล สิ่งสำคัญคือการขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของทิศทางที่เลือกในคริสตัล ตัวอย่างเช่น ไมกาชิ้นหนึ่งสามารถแบ่งชั้นได้ง่ายในทิศทางใดทิศทางหนึ่งให้เป็นแผ่นบาง ๆ แต่เป็นการยากกว่ามากที่จะแตกมันในทิศทางตั้งฉากกับแผ่นเปลือกโลก คริสตัลจำนวนมากนำความร้อนและกระแสไฟฟ้าต่างกันไปในทิศทางที่ต่างกัน คุณสมบัติทางแสงของคริสตัลก็ขึ้นอยู่กับทิศทางเช่นกัน ดังนั้นคริสตัลควอตซ์จะหักเหแสงแตกต่างกันไปตามทิศทางของรังสีที่ตกลงมา การพึ่งพาคุณสมบัติทางกายภาพของทิศทางภายในผลึกเรียกว่าแอนไอโซโทรปี ตัวผลึกทั้งหมดเป็นแบบแอนไอโซทรอปิก

ผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัล

โลหะมีโครงสร้างเป็นผลึก หากเราหยิบโลหะชิ้นใหญ่ เมื่อมองแวบแรก โครงสร้างผลึกของมันจะไม่ปรากฏออกมาทางใดทางหนึ่งไม่ว่าจะในลักษณะที่ปรากฏของชิ้นส่วนหรือในคุณสมบัติทางกายภาพของมัน

โดยปกติโลหะจะประกอบด้วยคริสตัลขนาดเล็กจำนวนมากหลอมรวมเข้าด้วยกัน คุณสมบัติของคริสตัลแต่ละชิ้นขึ้นอยู่กับทิศทาง แต่คริสตัลจะถูกจัดเรียงแบบสุ่มโดยสัมพันธ์กัน เป็นผลให้ในปริมาตรที่เกินปริมาตรของผลึกแต่ละชิ้นอย่างมีนัยสำคัญ ทุกทิศทางภายในโลหะมีค่าเท่ากันและคุณสมบัติของโลหะจะเหมือนกันในทุกทิศทาง

ร่างกายที่แข็งแรงประกอบด้วย จำนวนมากผลึกขนาดเล็กเรียกว่าคริสตัลไลน์ ผลึกเดี่ยวเรียกว่าผลึกเดี่ยว