ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамические и кинетические характеристики реакций не ществ в жидком состоянии из "Общая химия. Состояние веществ и химические реакции" Силы взаимодействия между частицами жидкости значительно больще по сравнению с силами, действующими в газовых системах. В результате в жидкостях могут возникать упорядоченные участки, которые распадаются и снова образуются, поэтому энтропия жидкости ниже энтропии газа. В то же время малая прочность связей между частицами в жидкости обусловливает ее подвижность и текучесть. Сжимаемость жидкостей намного меньше, а плотность намного больше, чем у газов количественно эти свойства близки к свойствам кристаллических тел. Их зависимость от температуры значительно меньше, чем у газов, но несколько сильнее, чем у твердых тел. [c.72] По многим свойствам жидкость зани.мает промежуточное положение между газами и кристаллическими (твердыми) веществами, и для описания поведения жидкостей используются закономерности, присущие газовому и кристаллическому состояниям. Однако внутреннее строение жидкостей значительно сложнее внутреннего строения газов и кристаллов. [c.72] Поведение жидкостей зависит от их химической природы и внешних условий. Как правило, чем ниже температура и чем ближе температура жидкости к температуре ее кристаллизации, тем в большей степени некоторые свойства жидкости приближаются к свойствам твердых веществ. И, наоборот, чем выше температура и чем ближе она к температуре кипения, тем больше сходства в поведении жидкостей и газов. [c.72] Влияние природы жидкости на ее поведение определяется силами взаимодействия между молекулами. Чем более полярны молекулы жидкого вещества, тем сильнее взаимодействие между ними и тем ближе по строению и поведению жидкости ктве))-дым телам. Например, такие полярные вещества, как вода, ам миак, серная кислота, в жидком состоянии по поведению ближе к твердым веществам, а неполярные жидкости типа бензола или толуола, наоборот, по свойствам ближе к газам. [c.72] Чтобы понять характер взаимодействия между частицами, следует остановиться на типах связи, которая может возникать между частицами. Тип связи между частицами вещества в жид ком состоянии в зависимости от энергии связи может изменяться в очень широких пределах — от межмолекулярных сил (сил Ван-дер-Ваальса) до истинно химической связи. [c.72] Напомним, что силы Ван-дер-Ваальса — это силы притяжения между молекулами вещества в газообразном, жидком и твердом состояниях. Эти силы могут возникать как между полярными, так и неполярными молекулами. [c.73] Каждая полярная молекула, являясь диполем, ориентирует окружающие ее молекулы так, чтобы их противоположно заряженные части располагались ближе друг к другу. При этом возможно образование не только пар молекул, но и групп — ас-социатов, построенных различно в зависимости от формы молекул. [c.73] На рис. 3.1 представлены различные ассоциаты полярных молекул ассоциаты изображены на плоскости, в действительности же молекулы располагаются в трехмерном пространстве,, образуя упорядоченные микрообъемы. [c.73] Возникающее электростатическое притяжение между полярными молекулами обусловлено ориентационным эффектом. Изучение структуры жидкостей показало, что они состоят из упорядоченных групп молекул, которые непрерывно образуются, в результате теплового движения распадаются и снова образуются из тех же и других частиц. Число частиц в ассоциате зависит от полярности молекул и температуры. [c.73] Межмолекулярное взаимодействие существует и между неполярными молекулами. Благодаря непрерывному перемещению электронов в атоме центры положительного и отрицательного зарядов в какой-то момент времени могут не совпадать, возникает мгновенный диполь, который, смещая электронные плотности в соседних молекулах, превращает их также в диполи. Образование мгновенных диполей и их вклад в структуру жидкости носит название дисперсионного эффекта. [c.73] Дисперсионное, индукционное и ориентационное взаимодействия проявляются одновременно и способствуют образованию групп молекул и упорядоченны.ч участков жидкости. [c.74] Дисперсионным эффектом объясняется взаимодействие между атомами благородных газов, приводящее к их сжижению. Чем больще размеры атомов, тем легче проявляется этот эффект и тем выше температура кипения жидкостей (и температура плавления), что иллюстрируют данные табл. 5. В основном дисперсионным эффектом обусловлено взаимодействие практически неполярных молекул СО. Взаимодействие молекул НС1 также вызвано в первую очередь дисперсионным эффектом, далее в порядке ослабления следуют индукционный и ориентационный эффекты. Иной вклад вносят различные эффекты во взаимодействие молекул воды наиболее сильно проявляется ориентационное взаимодействие, далее следуют дисперсионное и индукционное. [c.74] Высокая упорядоченность расположения молекул многих жидкостей, например воды, фтороводорода, аммиака и спирта не может быть объяснена только действием сил Ван-дер-Ваальса. Для объяснения структуры жидкости используется представление о водородной связи. Образование этой связи обусловлено тем, что электронная орбиталь атома водорода имеет сферическую симметрию и формирует одну связь в результате перекрывания с орбиталью другого атома, при этом у атома водорода остаются возможности для взаимодействия с другими атомами и образуется водородная связь. [c.74] Электронная -орбиталь атома водорода, содержащая один электрон, перекрывается с р-орбиталью атома фтора, имеющей один электрон, и дополнительно с такой же р-орбиталью атома фтора другой молекулы НР. В результате все молекулы ПР в цепи соединяются друг с другом через атомы водорода. [c.75] Наряду с электростатическим взаимодействием в образовании водородной связи, как предполагают, существенную роль играет донорно-акцепторное взаимодействие особого типа. Так, атом фтора, участвующий в водородной связи, может передавать пару электронов в частичное пользование атому водорода, у которого единственный электрон сильно оттянут в направлении к другому атому фтора. [c.75] Одна молекула воды может образовать четыре связи с другими молекулами за счет двух атомов водорода и двух гибридных несвязывающих орбиталей атомов кислорода, имеющих по паре электронов. При этом возникают пространственные полимеры (Н20) . С энергетической точки зрения образование их даже более предпочтительно, чем димеров или линейных и плоскостных структур. Лед представляет собой кристалл, в котором каждый атом кислорода связан с двумя атомами водорода своей молекулы воды, которые связаны с двумя другими молекулами воды и с двумя атомами водорода еще двух других молекул. При плавлении льда эти очень упорядоченные структуры разрушаются только частично, так что вода представляет собой осколки структур льда, плавающих среди более мелких группировок молекул воды. [c.75] Жидкий аммиак также имеет очень упорядоченную структуру, но тенденция к упорядочению у него значительно слабее, чем у воды. Это объясняется более низкой электроотрицательностью азота и благодаря этому меньшей способностью образовывать водородную связь, а также наличием одной орбитали с парой электронов в молекуле ЫНз. Вследствие этого одна молекула аммиака может образовать дополнительно связь только с одним атомом водорода. Поэтому молекулы аммиака образуют в основном плоскостные структуры, а не пространственные, типичные для жидкой воды. [c.76] Явление структурообразования было обнаружено даже у неполярных жидкостей, например у жидкого бензола, тетрахлорида углерода, а также у расплавленных металлов, солей и других соединений. Структуры жидких металлов имеют некоторые общие черты со структурами твердых металлов. Аналогичные явления характерны и для расплавленных оксидов металлов и их солей. [c.76] Один из методов изучения структуры жидкостей основан на исследовании вязкости. Вязкость отражает способность вещества оказывать сопротивление перемещению одной его части относительно другой. Вязкость очень чувствительна к молярной массе, строению молекул и межмолекулярным взаимодействиям. [c.76] Гидродинамические теории течения газов и жидкостей практически одинаковы, но механизмы течения этих систем, т. е. механизмы смещения частиц относительно друг друга, различны. Это подтверждается сравнением влияния температуры и давления на вязкость газов и жидкостей. [c.76] Вернуться к основной статье