ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепловое движение молекул и броуновское движение из "Курс коллоидной химии" Согласно молекулярно-кинетической теории газ представляет собою совокупность молекул или атомов, находящихся в хаотическом движении. Средние расстояния между молекулами в газах значительно превосходят линейные размеры молекул, а суммарный объем, занимаемый собственно молекулами, ничтожен по сравнению с объемом газа. Соударяясь друг с другом, молекулы газа изменяют скорость и направление своего движения, однако их средняя кинетическая энергия, зависящая только от температуры, остается всегда неизменной и равной гкТ (где к — постоянная Больцмана Т — абсолютная температура). [c.55] Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное положение между тазами и твердыми телами. По плотности они близки к твердым телам — расстояния между молекулами в жидкости почти так же малы, как в кристаллах и близки к размерам самих молекул, Однако молекулы жидкости, как и молекулы газа, способны менять свои места, правда, не выходя из сферы влияния молекулярных сил соседних молекул. [c.55] Ранее считалось, что молекулы в жидкости расположены беспорядочно по отношению друг к другу. Однако рентгенографические исследования показали, что в весьма малых областях жидкости имеется определенный порядок расположения молекул. Принято считать, что структура жидкости характеризуется ближним порядком в отличие от кристаллов, которым свойственен дальний порядок. При этом следует учитывать, что области с квазикристаллическим порядком в жидкости во времени не постоянны, — возникнув в одном месте и просуществовав очень недолго, они распадаются- и образуются в другом месте. [c.55] Согласно современной теории жидкостей, продложенной Я- И. Френкелем и независимо от него Эйрингом, передвижение молекул в жидкости совершается таким образом, что когда какая-нибудь молекула меняет свое место, происходит перегруппировка соседних молекул и эта перегруппировка продолжается до тех пор, пока каждая молекула снова не займет положение, наиболее выгодное в-энергетическом отношении. Рассмотрим представления Я. И. Френкеля несколько подробнее. [c.55] Наличие ближнего и отсутствие дальнего порядка в жидкости указывает на то, что в ее молекулярной упаковке имеются пустоты, или дырки. Повышение температуры способствует увеличению числа дырок и уменьшению ква-зикристаллической упорядоченности. Наличие дырок и обусловливает способность жидкости к течению и увеличению объема при плавлении. [c.55] Многие молекулы жидкости могут оказаться расположенными по соседству с дырками, как изображено на рис. П1,1. В энергетическом отношении такие молекулы находятся в потенциальной яме и отделены от других возможных равновесных положений энергетическим барьером. Однако каждая из этих молекул, если она обладает достаточной энергией, может совершить скачок и занять находящуюся рядом дырку, перейдя в новое положение равновесия. Естественно, что в результате такого скачка молекула оставит после себя дырку. [c.55] Такое перескакивание молекул, очевидно, определяет возможность их теплового перемещения в жидкости, или с а м о д и ф ф у з и и. При увеличении температуры скорость самодиффузии возрастает, так как при этом молекула, расположенная рядом с дыркой, имеет большую вероятность приобрести энергию, необходимую для преодоления энергетического барьера. Помимо этого скорость диффузии растет с температурой из-за увеличения числа дырок в результате термического расширения жидкости. Минимальная энергия, необходимая для того, чтобы молекула жидкости могла переместиться из одного временного положения равновесия в другое, называется энергией активации диффузии. Эта величина зависит от компактности упаковки молекул, их размера и от межмолекулярных сил. [c.56] Аналогично объясняется и днффузия молекул вещества, растворенного в жидкости. Молекулы вещества в растворе, совершая скачки примерно таким же образом, как и молекулы растворителя, в силу беспорядочности движения не могут оставаться в каком-либо определенном месте, а распределяются в среднем равномерно по всему объему жидкости. Согласно термодинамике это. соответствует увеличению энтропии системы. [c.56] Можно сказать, что тепловое движение каждой молекулы жидкости состоит частично из колебательных движений около положения равновесия и частично из небольших поступательных движений, когда под влиянием особо сильного удара соседней молекулы или нескольких случайных ударов в близких друг другу направлениях молекула настолько далеко удаляется от равновесного положения, что оказывается ближе к некоторому новому положению равновесия. Таким образом, все молекулы жидкости как бы ведут кочевую жизнь, причем кратковременные переезды (скачки из одного. положения равновесия в другое) сменяются относительно продолжительными периодами оседлой жизни (колебание вокруг положения равновесия). Именно сравнительно длительными периодами оседлого существования молекул в жидкостях объясняется, что диффузия в жидкостях происходит гораздо медленнее, чем в газах. [c.56] Важно отметить, что при высоких температурах жидкости по своим свойствам приближаются к газам. В критическом состоянии различие между жидкостью и газом исчезает, а при температурах выше критической жидкость превращается в газ. Наоборот, при низких температурах, близких к температурам кристаллизации, жидкости по своим свойствам приближаются к кристаллам. Однако переход жидкости в кристаллическое состояние всегда происходит скачкообразно. Когда жидкости по тем или иным причинам не могут перейти в кристаллическое состояние, они с понижением температуры переходят в стеклообразное (аморфное) состояние. [c.56] Вернуться к основной статье