Краткое содержание
В этом видео рассматриваются различные агрегатные состояния вещества: газообразное, жидкое и твёрдое, а также плазма и нейтронное состояние. Объясняются различия в их свойствах с точки зрения молекулярно-кинетической теории, включая особенности движения молекул, расстояния между ними, сжимаемость, текучесть и сохранение формы. Особое внимание уделяется строению и свойствам кристаллических и аморфных твёрдых тел.
- Газы характеризуются хаотичным движением молекул и большой сжимаемостью.
- Жидкости обладают ближним порядком в расположении молекул и текучестью.
- Твёрдые тела сохраняют форму и объём благодаря фиксированному положению молекул в кристаллической решётке (в кристаллах) или хаотичному расположению (в аморфных телах).
Введение в агрегатные состояния [0:10]
Молекулярно-кинетическая теория объясняет, почему вещество может существовать в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твёрдом. Внешние отличия этих состояний заключаются в их сжимаемости, изменении объёма, текучести и способности сохранять форму. С точки зрения молекулярно-кинетической теории, агрегатные состояния различаются средним расстоянием между молекулами и характером их движения относительно друг друга. При увеличении температуры и фиксированном давлении вещество может перейти в состояние плазмы, которое часто называют четвёртым агрегатным состоянием. При увеличении давления вещество может перейти в пятое, нейтронное состояние, которое встречается в природе в виде нейтронных звёзд.
Газообразное состояние [1:34]
Газы характеризуются тем, что их молекулы двигаются почти свободно и хаотично между столкновениями, резко меняя характер движения. Расстояния между молекулами газа значительно превышают их размеры, поэтому силы притяжения между ними малы. Молекулы газа могут удаляться друг от друга на любое расстояние, газ занимает весь объём сосуда и легко сжимается. Молекулы газа двигаются с огромными скоростями, сталкиваясь и отскакивая друг от друга. Слабые силы притяжения не удерживают молекулы вместе, поэтому газы могут неограниченно расширяться и не сохраняют ни форму, ни объём. Давление газа создаётся многочисленными ударами молекул о стенки сосуда.
Жидкое состояние [3:30]
Жидкости не сохраняют форму тела под действием силы тяжести или небольшой нагрузки, но трудно сжимаются. Молекулы жидкости не образуют постоянной пространственной структуры и расположены почти вплотную друг к другу. Характер движения молекул жидкости представляет собой колебания относительно положения равновесия, чередующиеся со скачками на новое положение. В жидкостях существует ближний порядок, то есть упорядоченное расположение молекул сохраняется на расстояниях, равных нескольким молекулярным диаметрам. Время оседлой жизни молекулы воды при комнатной температуре составляет примерно 10⁻¹¹ секунд. Малая сжимаемость жидкостей объясняется тем, что при уменьшении объёма силы отталкивания между молекулами становятся очень велики. Жидкости текучи, так как внешняя сила не меняет числа перескоков молекул в секунду, но перескоки происходят преимущественно в направлении действия внешней силы.
Твёрдое состояние [6:04]
Твёрдые тела характеризуются стабильностью формы при значительных нагрузках и тепловым движением атомов в виде малых колебаний вокруг положений равновесия. Расстояние между молекулами сравнимо с размером самих молекул, и при сжатии возникают силы отталкивания, что объясняет несжимаемость твёрдых тел. Атомы или молекулы твёрдых тел колеблются около определённых положений равновесия, поэтому твёрдые тела сохраняют не только объём, но и форму. Потенциальная энергия взаимодействия молекул твёрдого тела существенно больше их кинетической энергии. В кристаллических телах атомы или ионы образуют правильную пространственную решётку, а в аморфных телах атомы расположены хаотически.
Кристаллические и аморфные тела [7:53]
Различают кристаллические и аморфные твёрдые тела. В кристаллических телах атомы колеблются вокруг упорядоченных точек, образуя кристаллическую решётку. Кристалл - это твёрдое тело с трёхмерной периодической атомной или молекулярной структурой, обычно имеющее форму правильного симметричного многогранника. Крупные одиночные кристаллы называются монокристаллами. Отличительной особенностью кристаллических тел является анизотропия (зависимость свойств от направления) и наличие фиксированной температуры плавления. Аморфные тела характеризуются хаотическим расположением атомов, и их свойства одинаковы вдоль всех направлений. При продолжительном воздействии малой силы аморфные тела, как и жидкости, обнаруживают текучесть.