Представление об агрегатном и фазовом состоянии вещества.

 

Агрегатное состояние выступает как некоторая обобщающая характеристика вещества по отношению к нагрузке на сжатие – сохранение или не сохранение формы и объема массивом вещества.

Агрегатное состояние вещества в основном определяется соотношением средней кинетической энергии молекулы и глубиной потенциальной ямы в межмолекулярном потенциале для парного взаимодействия молекул.

Твердое состояние вещества соответствует средним значениям r₁₂ практически в самом минимуме потенциальной ямы (примерно d – диаметр частицы), жидкое состояние соответствует средним значениям r₁₂ того же порядка, но с большей амплитудой отклонений от этого значения, газообразное состояния соответствует расстояниям, намного превышающим d.

 

Одновременно можно рассмотреть связь агрегатного состояния вещества с кинетической энергии молекул и глубиной потенциальной ямы.

 

Агрегатное состояние вещества в основном определяется соотношением между средней кинетической энергии молекулы при расстоянии, соответствующем максимальной глубине потенциальной ямы, и самой глубиной потенциальной ямы в межмолекулярном потенциале для парного взаимодействия молекул, обозначим этот параметр P_а

 

 

 

Твердому агрегатному состоянию вещества соответствует , жидкому состоянию , газообразному .

Фазовое состояние вещества выступает как характеристика внутренней надатомной или надмолекулярной структуры вещества. В пределах одного агрегатного состояния может существовать множество различных фаз. Анизотропия внутренней структуры вещества связана с анизотропной зависимостью межмолекулярных потенциалов:

 

 

 

где U_i – потенциальная энергия взаимодействия i-ой частицы со всеми окружающими ее частицами в количестве N.

 

Однако классическая механика всего не объясняет. Например, почему есть молекула H₂, но нет молекулы H₃? Это будет объяснено позже, в квантовой механике, в частности, при объяснение будут использован принцип запрета Паули.

 

Рассмотрим, как выглядят молекулы водорода. Это линейная молекула

 

 

 

Глубина потенциальной ямы – 4.5 эВ (1эВ –энергия, которую приобретает электрон при прохождении разности потенциалов в 1 вольт. 1 эВ=1.6 *10^-12эрг). Рассмотрим еще две двухатомные молекулы – O₂ и Cl₂. Расстояние между центрами атомов для молекулы кислорода O₂ равно 1.2 А, глубина потенциальной ямы 5.1 эВ, для Cl₂, соответственно, 2А и 2.5эВ.

 

Рассмотрим молекулы воды, имеющую отличную от линейной форму.

 

Особенности строения связаны с распределением электронной плотности – она сдвинута к кислороду. Атом кислорода более электроотрицателен, поэтому стягивает к себе отрицательный заряд.

В результате на атоме кислорода локализуется отрицательный заряд, на атоме водорода- положительный заряд. В результате атом кислорода может притягивать к себе водороды других молекул воды. Поэтому каждая молекула воды будет взаимодействовать с другими.

 

Пример другой молекулы, проявляющей подобную активность – СО₂.

Рассмотрим еще одну единицу измерения, применяемую в молекулярном мире – грамм-молекулу- вес в граммах, равный численно количеству углеродных единиц.

Н₂ = 2г

Н₂О = 18 г

В 1 моле содержится число Авогадро молекул.