Gazlar va suyuqliklarning tuzilishi haqidagi gipoteza. Gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalarning tuzilishi. Eritmalarning tuzilishining xususiyatlari. "Reaktiv maydon" tushunchasi. Suyuqlikning tuzilishi qanday

Maqolaning mazmuni

SUYUQLAR NAZARIYASI. Har birimiz suyuqlik deb hisoblagan ko'plab moddalarni osongina eslay olamiz. Biroq, moddaning bu holatiga aniq ta'rif berish unchalik oson emas, chunki suyuqliklar shunday fizik xususiyatlarga egaki, ular ba'zi jihatlari bilan qattiq moddalarga, boshqalarida esa gazlarga o'xshaydi. Suyuqlik va qattiq jismlar o'rtasidagi o'xshashlik shishasimon materiallarda ko'proq namoyon bo'ladi. Ularning qattiq holatdan suyuqlikka o'tishi harorat oshishi bilan asta-sekin sodir bo'ladi, ular shunchaki yumshoqroq va yumshoqroq bo'ladi, shuning uchun ularni qaysi harorat oralig'ida qattiq va qaysi suyuqliklar deb atash kerakligini ko'rsatib bo'lmaydi. Biz faqat suyuq holatdagi shishasimon moddaning yopishqoqligi qattiq holatga qaraganda kamroq ekanligini aytishimiz mumkin. Shuning uchun qattiq shisha ko'pincha o'ta sovutilgan suyuqlik deb ataladi.

Ko'rinishidan, suyuqliklarning eng xarakterli xususiyati ularni ajratib turadi qattiq moddalar, past viskoziteli (yuqori suyuqlik). Buning yordamida ular quyilgan idishning shaklini oladi. Molekulyar darajada yuqori suyuqlik suyuqlik zarrachalarining nisbatan katta erkinligini bildiradi. Bu jihatdan suyuqliklar gazlarga o'xshaydi, suyuqliklar orasidagi molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari ko'proq bo'lsa-da, molekulalar bir-biriga yaqinroq joylashgan va ularning harakati cheklangan.

Bunga boshqacha yondashish mumkin - uzoq va qisqa muddatli tartib g'oyasi nuqtai nazaridan. Uzoq muddatli tartib kristalli qattiq jismlarda mavjud bo'lib, ularning atomlari qat'iy tartibga solingan holda joylashgan bo'lib, uch o'lchovli tuzilmalarni hosil qiladi, ularni birlik hujayrani ko'p marta takrorlash orqali olish mumkin. Ikki o'lchovli uzoq masofali tartibning namunasi shaklda ko'rsatilgan. 1, A. Suyuqlik va shishada uzoq muddatli tartib yo'q. Biroq, bu ularning umuman buyurtma qilinmaganligini anglatmaydi. Suyuqlik rasmda ko'rsatilganiga o'xshash rasm bilan tavsiflanadi. 1, b. Barcha atomlar uchun eng yaqin qo'shnilar soni deyarli bir xil, ammo har qanday tanlangan pozitsiyadan uzoqlashganda atomlarning joylashishi tobora xaotik bo'lib qoladi. Shunday qilib, tartib faqat qisqa masofalarda mavjud, shuning uchun nom: qisqa masofali tartib. Suyuqlik tuzilishining adekvat matematik tavsifini faqat statistik fizika yordamida berish mumkin. Masalan, agar suyuqlik bir xil sferik molekulalardan iborat bo'lsa, uning tuzilishini radial taqsimot funktsiyasi bilan tavsiflash mumkin. g(r), bu har qanday molekulani masofadan aniqlash ehtimolini beradi r berilganidan mos yozuvlar nuqtasi sifatida tanlangan. Bu funktsiyani eksperimental ravishda rentgen nurlari yoki neytronlarning diffraktsiyasini o'rganish orqali topish mumkin va yuqori tezlikda ishlaydigan kompyuterlar paydo bo'lishi bilan molekulalar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchlarning tabiati haqidagi mavjud ma'lumotlarga asoslanib, kompyuter simulyatsiyasi bilan hisoblana boshladi. yoki bu kuchlar haqidagi taxminlarga, shuningdek, Nyutonning mexanika qonunlariga. Nazariy va eksperimental yo‘l bilan olingan radial taqsimot funksiyalarini solishtirib, molekulalararo kuchlarning tabiati haqidagi taxminlarning to‘g‘riligini tekshirish mumkin.

Molekulalari cho'zilgan shaklga ega bo'lgan organik moddalarda u yoki bu harorat oralig'ida suyuqlik fazasining uzoq masofali orientatsiya tartibiga ega bo'lgan hududlari ba'zan topiladi, bu o'z-o'zidan o'z o'qlarining uzun o'qlarini parallel ravishda tekislash tendentsiyasida namoyon bo'ladi. molekulalar. Bunda orientatsion tartiblanish molekulalar markazlarining koordinatsion tartiblanishi bilan birga bo'lishi mumkin. Ushbu turdagi suyuqlik fazalari odatda suyuq kristallar deb ataladi; Kompyuter modellashtirish ham ularning strukturaviy xususiyatlarini tushunish uchun juda foydali.

Gazlarda molekulalarning joylashishida tartib yo'q. Shunday qilib, suyuqliklar kristalli qattiq moddalar va gazlar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi, ya'ni. to'liq tartibli va butunlay tartibsiz molekulyar tizimlar o'rtasida. Shuning uchun suyuqliklar nazariyasi juda murakkab bo'lib chiqadi. Quyida biz qattiq, suyuqlik va gazlar o'rtasidagi, shuningdek, o'rtasidagi munosabatlarni ko'rib chiqamiz har xil xususiyatlar oddiy molekulyar modellar yordamida suyuqliklar.

Suyuqlik, gaz va molekulalararo kuchlar.

0 ° C haroratda va normal bosimdagi 1 sm 3 gazda taxminan 2,7 × 10 19 molekula mavjud, shuning uchun ular orasidagi o'rtacha masofa taxminan 30 × 10 -8 sm yoki 30 Å ni tashkil qiladi. Molekulalarning diametri bir necha angstrom bo'lganligi sababli, gaz molekulalari o'rtasidagi o'zaro ta'sir, ularning to'qnashuv momentlaridan tashqari, har doim ahamiyatsiz deb taxmin qilish mantiqan to'g'ri. Shunday qilib, biz gaz modeliga kelamiz, unda molekulalar bir-biridan mustaqil ravishda harakatlanadigan, bir-biri bilan va gaz o'ralgan idishning devorlari bilan to'qnashgan sharlar shaklida ifodalanadi. 0 ° S haroratda molekulalarning tezligi sekundiga bir necha yuz metrni tashkil qiladi va ularning tomir devorlari bilan to'qnashuvi sezilarli bosim hosil qiladi. Ushbu modelni batafsilroq tekshirish bosim o'rtasidagi munosabatni beradi P, hajm V va termodinamik harorat T (T= °C + 273)

(1)PV/T= const (ma'lum miqdorda gaz uchun).

Bu munosabat - ideal gaz holatining tenglamasi - Boyl - Mariotte, Gey-Lyussak va Charlz qonunlarining umumlashtirilgan ifodasidir va ko'pchilik gazlarning xatti-harakatlari yaxshi aniqlik bilan tasvirlangan. Tenglama (1) har doim to'g'ri bo'ladi, agar gaz haroratning pasayishi yoki bosimning oshishiga qaramasdan gaz bo'lib qolsa. Biroq, barcha gazlar etarlicha kuchli siqilgan yoki sovutilsa, suyuq holatga aylanishi mumkinligi hammaga ma'lum. Har bir gaz uchun kritik harorat deb ataladigan harorat mavjud Tc, uning ostida har doim bosimni oshirish orqali suyultirish mumkin; yuqoriroq Tc gazni hech qanday sharoitda suyultirish mumkin emas. Bu shuni anglatadiki, harorat yuqori bo'lgan sharoitlarda mustaqil harakatlanuvchi molekulalar modeli Tc, faqat taxminiy va pastda Tc da yuqori bosimlar va zichliklar odatda noto'g'ri. Quyida suyuqlik holatining mavjudligi Tc molekulalar o'rtasida jozibador kuchlar mavjudligini ko'rsatadi, chunki aks holda ular nima uchun bir-biriga yaqin turishini tushunish umuman mumkin emas. Biroq, tortishishdan tashqari, molekulalar ham o'zaro itarishni boshdan kechiradilar - biz suyuqlik (yoki qattiq) hajmini kamaytirishga harakat qilganimizda bunga amin bo'lamiz. Jozibador kuchlar itaruvchi kuchlardan kattaroq masofada harakat qiladi, lekin ikkalasi ham elektrostatik xususiyatga ega.

Agar ideal gaz modeliga molekulalarning birikishi va ularning hajmiga tuzatishlar kiritsak, umuman olganda (1) dan farqli tenglamaga erishamiz. J. Van der Vaals tomonidan olingan ushbu tenglamalardan biri shaklga ega

(2)(P + a/V 2) (V - b)/T= const.

Bu yerga a Va b– berilgan gazga xos konstantalar. Bu tenglama kritik haroratning mavjudligini ham taxmin qiladi Tc va gazsimon va suyuq fazalar orasidagi kuzatilgan o'tishni sifat jihatidan tavsiflaydi.

Keling, (2) tenglamadan ba'zi amaliy natijalarni ko'rib chiqaylik. Shaklda. 2-rasmda gaz bosimining hajmga nisbatan grafigi ko'rsatilgan. Ma'lum miqdordagi gaz hajmini egallasin V 1 haroratda T 1 va bosim P 1 . Hajmi pasayganda, bosim kuchayadi va gazning holati o'zgaradi: nuqtadan A nuqtaga boradi B. Bu erda gaz kondensatsiyalana boshlaydi va hajmning yanada pasayishi bosimning o'zgarishiga olib kelmaydi. To'g'ri chiziq bo'ylab harakatlanayotganda Miloddan avvalgi suyuqlik miqdori bir nuqtaga qadar ortadi C gaz to'liq suyultirilmaydi. Ushbu jarayonga mos keladigan doimiy bosim ma'lum bir haroratda to'yingan bug 'bosimi deb ataladi T 1 . Segmentning barcha nuqtalarida Miloddan avvalgi Suyuqlik va gaz o'rtasida muvozanat (termodinamik) mavjud. Bu shuni anglatadiki, suyuqlik yuzasidan 1 soniyada bug'lanadigan molekulalar soni bug'dan suyuqlikka aylanadigan molekulalar soniga to'liq tengdir. Hajmni yanada kamaytirish uchun suyuqlik molekulalarining o'zaro itarish kuchlarini engish uchun juda yuqori bosim hosil qilish kerak. Bu holat vertikal chiziqqa mos keladi CD. Egri chiziq A B C D izoterm deb ataladi, chunki uning barcha nuqtalari bir xil haroratga to'g'ri keladi. Agar xuddi shu tajriba yuqori haroratda o'tkazilsa, u holda van der Vaals tenglamasiga muvofiq, biz bir xil kursga ega, faqat segmentli izoterma olamiz. Miloddan avvalgi qisqaroq bo'ladi. Va nihoyat, kritik haroratda Tc bu segment odatda koordinatalari bo'lgan nuqtaga yaqinlashadi Tc Va P c. Bu vaqtda suyuqlik va gazni ajratib bo'lmaydi. dan yuqori haroratlarda Tc, van der Vaals tenglamasi (2) tenglama (1) ga aylanadi (temperaturaga mos keladigan egri chiziq). T 2-rasmda. 2). Kritik haroratlarning qiymatlari va ularga mos keladigan bosimlar quyidagi jadvalda keltirilgan:

Yuzaki taranglik.

Ko'rib turganimizdek, molekulalararo kuchlarni hisobga olish gaz kondensatsiyasi jarayonini to'g'ri tushuntirishga imkon beradi. Keling, ushbu kuchlarni hisobga olgan holda, suyuqliklarning ba'zi fizik xususiyatlarini tasvirlashga harakat qilaylik.

Keling, bir tomchi simobni tasavvur qilaylik. Biz uni barmog'imiz bilan biroz tekislashimiz mumkin, ammo barmog'imizni olib tashlasak, tomchi yana to'p hosil qiladi. U o'zini xuddi elastik plyonka bilan o'ralgandek tutadi. Bu sirt taranglik ta'sirining namoyonidir. Agar biz rasmga murojaat qilsak, uning tabiati aniq bo'ladi. 3. Bu yerda A Va B– suyuqlikning ikkita molekulasi, birinchisi hajmda, ikkinchisi sirtda. Ikkala holatda ham ular boshqa molekulalarning jozibador kuchlariga duchor bo'ladilar, lekin faqat diametri bir necha angstrom bo'lgan shar ichida joylashganlar, chunki bu kuchlar masofa bilan tez kamayadi. Bir molekula uchun A bunday shar butunlay suyuqlik ichida yotadi, shuning uchun barcha kuchlarning natijasi nolga teng. Molekula B, sirtda joylashgan suyuqlikka tortiladi, chunki unga faqat pastki yarim sharda joylashgan molekulalarning jozibador kuchlari ta'sir qiladi. Sirtga perpendikulyar bo'lgan va suyuqlikka yo'naltirilgan bir xil kuchlar sirt yaqinidagi barcha molekulalarga ta'sir qiladi; Ular sirt tarangligini hosil qiladi.

Yuzaki taranglik S suyuqlik yuzasida chiziq uzunligi birligiga ta'sir etuvchi kuch sifatida miqdoriy hisoblanadi. Ikkita ingichka simdan yasalgan vertikal ramkaga cho'zilgan sovun plyonkasini ko'rib chiqing TUV Va PQ(4-rasm). Keyinga qoldirish; kechiktirish PQ sobit emas va erkin harakatlana oladi. U tortishish kuchi ta'sirida pastga qarab harakatlanadi, to ikkinchisi sirt tarangligi tufayli kuch bilan muvozanatlanadi. Film ikkita sirtga ega bo'lganligi sababli, simga 2 ta kuch ta'sir qiladi SL, Qayerda L- sim qismining uzunligi PQ film bilan aloqada.

Sirt tarangligi mavjudligi sababli suyuqlikning sirt maydonidagi har qanday o'sish energiya sarfini o'z ichiga oladi. Shuning uchun suyuqlikning kichik tomchilari sharsimon shaklga ega bo'ladi: ularning sirt maydonining hajmga nisbati minimal bo'ladi va keyinchalik potentsial energiya minimallashtiriladi. Katta tomchilar tortishish ta'sirida deformatsiyalanadi.

Kapillyar hodisalar.

Toza shisha plastinkadagi bir tomchi suv sharsimon shaklini yo'qotadi va yoyilib, yupqa plyonka hosil qiladi. Buning sababi shundaki, suv va shisha molekulalari orasidagi yopishish kuchlari suv molekulalari orasidagi o'xshash kuchlardan oshadi - suv shishani namlaydi. Xuddi shu plastinkada bir tomchi simob sharsimon bo'lib qoladi: simob molekulalari orasidagi yopishish kuchlari simob va shisha molekulalari orasidagi yopishish kuchlaridan kattaroqdir - simob shishani nam qilmaydi. Yupqa shisha kapillyar naychada kuzatiladigan kapillyar hodisalar deb ataladigan narsa shu bilan izohlanadi (5-rasm). Agar siz kapillyarni suv bilan idishga tushirsangiz, u orqali suv idishdagi sathidan yuqoriga ko'tariladi va uning yuzasi (meniskus) konkav shaklga ega bo'ladi. Xuddi shu kapillyardagi simob darajasi, aksincha, tomirdagi darajadan past bo'ladi va meniskus konveks bo'ladi. Suv va shisha molekulalari orasidagi yopishish suv molekulalarining o'ziga qaraganda kuchliroq bo'lganligi sababli, suv kapillyarning devorlari bo'ylab "ko'tariladi" ko'rinadi, toki kapillyardagi ustunining bosimi molekulalararo kuchlar ta'sirida yuzaga keladigan bosim bilan muvozanatlanadi. . Kapillyar devorlar yaqinidagi suv molekulalari devorga yo'naltirilgan nolga teng bo'lmagan kuch ta'sirida bo'lganligi sababli konkav meniskus hosil bo'ladi. Simob uchun teskari rasm kuzatiladi.

Suyuqliklarni qaynatish.

Ochiq idishda suyuqlik qaynayotganda, suyuqlikda hosil bo'ladigan bug 'pufakchalari ichidagi bosim hech bo'lmaganda atmosfera bosimiga teng bo'lishi kerak - aks holda pufakchalar shunchaki qulab tushadi. Shuning uchun qaynash nuqtasida suyuqlikning bug 'bosimi atmosfera bosimiga teng. Etarli darajada yuqori balandlikda suyuqlikning qaynash nuqtasi dengiz sathidan pastroq, chunki barometrik bosim balandlik bilan kamayadi. Shunday qilib, 4000 m balandlikda suvning qaynash nuqtasi atigi 85 ° C, dengiz sathida esa 100 ° S ni tashkil qiladi.

Qaynatish - suyuqlikning nafaqat sirtdan, balki butun hajmida, hosil bo'lgan bug 'pufakchalari ichida sodir bo'ladigan kuchli bug'lanishi. Suyuqlikdan bug'ga o'tish uchun molekulalar ularni suyuqlikda ushlab turadigan jozibali kuchlarni engish uchun zarur bo'lgan energiyani olishlari kerak. Masalan, 1 g suvni 100 ° S haroratda va dengiz sathida atmosfera bosimiga mos keladigan bosimda bug'lantirish uchun 2258 J sarflash kerak bo'ladi, shundan 1880 tasi suyuqlikdan molekulalarni ajratish uchun, qolgan qismi esa suyuqlikdan molekulalarni ajratish uchun sarflanadi. quvvatga qarshi tizim tomonidan egallangan hajmni oshirish uchun ishlatiladi atmosfera bosimi(100 ° C va normal bosimdagi 1 g suv bug'i 1,673 sm 3 hajmni egallaydi, bir xil sharoitlarda 1 g suv esa atigi 1,04 sm 3).

Uchmaydigan moddaning eritmasining qaynash nuqtasi odatda toza erituvchinikidan yuqori bo'ladi. Suyuqlik bug 'bosimi atmosfera bosimiga tenglashganda qaynab ketganligi sababli, bu naqsh ma'lum bir haroratda uchmaydigan modda eritmasining bug' bosimi sof erituvchinikidan past ekanligini anglatadi.

Suyuqliklarning qattiqlashishi.

Odatda, suyuqliklar qattiqlashganda, ularning hajmi biroz kamayadi (taxminan 10% ga), garchi bu qoidadan istisnolar mavjud. Masalan, suv galliy va vismut qattiqlashganda kengayadi, shuning uchun qotib qolgan modda suyuqlik yuzasida suzib yuradi. Qattiqlashuv harorati yaqinidagi suyuqliklarning harakati boshqa anomaliyalarni ham aniqlashi mumkin, masalan, harorat 0 dan 4 ° C gacha ko'tarilganda, suv qisqaradi. Ushbu eksperimental faktlarni tushuntirish uchun, avvalo, alyuminiy kabi "normal" moddalar uchun suyuqlikdan qattiq holatga o'tishni ko'rib chiqaylik. Rentgen nurlari diffraktsiyasi tahlili shuni ko'rsatadiki, alyuminiy kristallanib, yuz markazli kubik panjara hosil qiladi (6-rasm), bunda har bir atom atomdan 2,86 Å (2,86 × 10-8 sm) masofada joylashgan o'n ikkita eng yaqin qo'shni bilan o'ralgan. bu. Agar atomlar sharlar deb hisoblansa, unda bu joylashuv ularning eng zich qadoqlanishiga ("yaqin qadoqlangan" tuzilishga) mos keladi. Suyuq holatda bo'lgan alyuminiyda uzoq masofali tartib yo'q, ammo ba'zi qisqa masofali tartib hali ham saqlanib qoladi. Rentgen nurlari diffraktsiyasi ma'lumotlariga ko'ra, undagi har bir atom undan 2,96 Å masofada joylashgan 10-11 ta eng yaqin qo'shnilar bilan o'ralgan, ya'ni. Qattiqlashuv harorati yaqinidagi suyuq alyuminiyning tuzilishi qattiq alyuminiyning tuzilishiga o'xshaydi, lekin biroz ko'proq "bo'sh". Suv, galliy va vismut uchun qarama-qarshi rasm kuzatiladi: qattiqlashuv haroratiga yaqin joyda ularning tuzilishi suyuqlikda emas, balki qattiq holatda ko'proq "bo'sh" bo'ladi. Bunday anomaliyaning sabablari haqidagi savolga javobni ularning molekulalarining strukturaviy xususiyatlaridan va turli agregatsiya holatlaridagi ular orasidagi bog'lanishlardan izlash kerak. Masalan, suv va muzni ko'rib chiqing. Ularning ikkalasi ham ikki marta ionlangan manfiy kislorod ionlaridan (O 2-) va ikkita yakka ionlangan musbat vodorod ionlaridan (H+) tashkil topgan bir xil molekulalardan qurilgan. Suv molekulasida bu uch ion asosda ikkita proton va uchida kislorod joylashgan uchburchak hosil qiladi (7-rasmda mos ravishda ikkita kichik doira va bitta katta); O-H aloqalari orasidagi burchak 104 ° ga teng. Muzning tuzilishida H 2 O molekulalari shunday joylashtirilganki, har bir kislorod atomi tetraedrning uchlarida joylashgan to'rtta vodorod atomi bilan o'ralgan. Bu ijobiy va manfiy ionlar o'rtasidagi tortishish tufayli maksimal energiya daromadini ta'minlaydi, ammo struktura ancha bo'shashadi. Muz erib ketganda, H 2 O molekulalarining bu juda tejamkor bo'lmagan o'rami asta-sekin zichroq bilan almashtiriladi va 0 dan 4 ° C gacha bo'lgan oraliqda moddaning hajmi asta-sekin kamayadi. Qattiq galliy va vismutning bo'sh tuzilishi ham atomlar orasidagi o'zaro ta'sirlarning o'ziga xos xususiyatlari bilan belgilanadi, ammo bu aloqalarning tabiati muznikiga qaraganda ancha murakkab.

Suyuqliklarning erishi.

Ma'lumki, suv spirtni har qanday miqdorda eritadi, shu bilan birga u simob va moy bilan umuman aralashmaydi. Xuddi shunday, benzol uglevodorodlarni eritadi, lekin suvni eritmaydi. Ushbu hodisaning sababi nima? Bu erda umumiy javob shundaki, agar suyuqliklar elektron tuzilmalari o'xshash bo'lsa, aralashadi va elektron tuzilishdagi farqlar aralashtirishni qiyinlashtiradi. "Elektron tuzilma" deganda nimani nazarda tutayotganimizni tushunish uchun suvga yana qaraylik. Suv molekulasi hosil bo'lganda, uni tashkil etuvchi atomlar o'rtasida zaryadning qayta taqsimlanishi sodir bo'ladi: vodorod atomlari valentlik elektronlarini beradi va kislorod atomi ularni qabul qiladi. Shunday qilib, suv molekulasi nolga teng bo'lmagan elektr dipol momentiga ega, ya'ni. qutblidir. Bu, xususan, suvning juda yuqori dielektrik o'tkazuvchanligiga ega ekanligini va unda tuzlarning yaxshi eriydi, ionlarga ajralishini tushuntiradi. Dipol-dipol o'zaro ta'siri suv molekulalarini birga ushlab turadi, bu esa uning qaynash nuqtasini oshiradi. Polar suyuqlikning yana bir misoli spirt C 2 H 5 OH; u suv bilan oson aralashadi, chunki uning molekulalarining dipol momenti suv molekulalarining dipol momentiga o'xshaydi.

Molekulalari asosan oʻzaro bogʻlangan qutbli suyuqliklar bilan bir qatorda molekulalararo aloqalari kuchsizroq boʻlgan qutbsiz suyuqliklar ham mavjud. Bunday suyuqliklarga uglevodorodlar - benzol, naftalin va boshqalar misol bo'la oladi. Bu suyuqliklarning molekulalari uglerod va vodorod atomlaridan tuzilgan bo'lib, ular berish yoki qo'shish o'rniga o'zlarining valentlik elektronlarini almashadilar. Uglevodorod molekulalari orasidagi bog`larning nisbatan zaifligi ularning qaynash haroratining pastligidan dalolat beradi. Aniq belgilangan qutbli xususiyatlarga ega suyuqliklar (suv) va to'liq qutbsizlar (uglevodorodlar) o'rtasida suyuqliklar sinflarining butun spektri mavjud, shuning uchun berilgan ikkita suyuqlik aralashadimi yoki yo'qmi, har doim ham oldindan aytish mumkin emas. Ammo ko'p hollarda bo'limning boshida tuzilgan qoidaga amal qilinadi.

Elektron tuzilishga qo'shimcha ravishda, suyuqliklarning aralashuvchanligi sezilarli darajada molekulalarning hajmiga, shuningdek haroratga bog'liq bo'lishi mumkin. Misol uchun, nikotin 60 ° C dan past va 208 ° C dan yuqori har qanday nisbatda suv bilan aralashtiriladi; oraliq haroratlarda nikotin va suvning o'zaro eruvchanligi juda cheklangan.

Osmos.

1748 yilda J. Nollet konsentrlangan tuz eritmasidagi ba'zi o'simlik hujayralari qisqarishini aniqladi - suv ularni hujayra membranasi orqali tark etadi. Agar bir xil hujayralar keyinchalik suvga o'tkazilsa, ular shishiradi va hajmini tiklaydi. Eritma va sof erituvchi yoki turli konsentratsiyali ikkita eritmani ajratib turuvchi yarim o'tkazuvchan bo'linma orqali moddaning bu harakati (diffuziya) osmos deb ataladi. Bu hodisani shu bilan izohlash mumkinki, erituvchi molekulalari, qoida tariqasida, erigan modda molekulalaridan kichikroq va shuning uchun bo'linishdagi teshiklardan osonroq o'tadi. Suyultirilgan eritmada (yoki sof erituvchida) erituvchi molekulalarining soni konsentrlangan eritmaga qaraganda ko'proq bo'lganligi sababli, bu molekulalarning diffuziya o'tishi ikkinchisiga qarab sodir bo'ladi.

Suyuqliklar va qattiq moddalar.

Avvalroq biz kritik haroratga yaqin suyuqliklar va ularning bug'lari o'rtasidagi munosabatlar haqida gapirgan edik Tc. Shunga o'xshash munosabatlar suyuqliklar va qattiq moddalar o'rtasida mavjud - hech bo'lmaganda erish nuqtasi yaqinida T m.

Odatda, qattiq eriganida, uning hajmi taxminan 10% ga oshadi, ya'ni. qattiq va suyuq holatda qo'shni molekulalar orasidagi o'rtacha masofa deyarli bir xil. Qattiq va suyuq holatdagi atomlar yoki molekulalar orasidagi bog'lanish unchalik farq qilmaydi va qattiq jismlarning plastikligini suyuqliklarning suyuqligiga o'xshash deb hisoblash mumkin. Shunday qilib, ularning jismoniy xususiyatlarida qattiq va suyuqliklar ko'rinadigan darajada tubdan farq qilmaydi. Shunga ko'ra, suyuq holat nazariyasining ikki turi mavjud: ba'zilari qattiq jismlarning zamonaviy nazariyasi g'oyalariga asoslanadi, boshqalari esa gazlar nazariyasidan olingan g'oyalarga asoslanadi. Birinchi turdagi nazariyalar erish nuqtasi yaqinida ko'proq mos keladi T m, ikkinchisi esa - tanqidiy nuqtaga yaqin Tc.

Suyuq metallar.

Qattiq metallarning ko'pgina fizik xossalari erish jarayonida kam o'zgaradi. Shu munosabat bilan suyuq va qattiq metallarning xossalari yagona nuqtai nazardan ko'rib chiqiladigan umumiyroq nazariyalar ishlab chiqilmoqda. Bu nazariyalarda atomlarning o'zaro joylashishi bilan belgilanadigan struktura omili muhim rol o'ynaydi. Ma'lum bo'lishicha, qattiq jism atomlarining kuchli tebranishlari tufayli ko'tarilgan haroratlar erish nuqtasi yaqinidagi qattiq jismning struktura omili suyuqliknikidan unchalik farq qilmaydi. Natriy kabi past erish nuqtasiga ega bo'lgan metallar yadro reaktorlarida sovutish suvi sifatida ishlatiladi.

Zarrachalarning tortilishi va qaytarilishi ularning moddadagi nisbiy holatini belgilaydi. Va moddalarning xususiyatlari sezilarli darajada zarrachalarning joylashishiga bog'liq. Demak, shaffof, juda qattiq olmos (olmos) (111-rasm, a) va yumshoq qora grafitga (111-rasm, b) (qalam iplari undan yasaladi) qarasak, ikkala moddaning ham aynan shu moddalardan iboratligini sezmaymiz. bir xil atomlar uglerod. Shunchaki, bu atomlar olmosga qaraganda grafitda boshqacha tarzda joylashtirilgan.

Guruch. 111

E'tibor bering, rasmlarda atomlarning o'zlari emas, balki ularning modellari - sharlar tasvirlangan va aslida ular o'rtasida bog'lovchi novdalar yoki simlar yo'q. Bu moddadagi atomlarning joylashishining odatiy tasviridir.

Moddaning zarrachalarining o'zaro ta'siri uning uchta holatda bo'lishi mumkinligiga olib keladi: qattiq, suyuq va gazsimon. Masalan, muz, suv, bug '(112-rasm). Har qanday modda uchta holatda bo'lishi mumkin, ammo bu ma'lum shartlarni talab qiladi: bosim, harorat. Masalan, havodagi kislorod gaz holida, lekin -193°C dan past sovutilganda u suyuqlikka, -219°S haroratda esa kislorod qattiq moddaga aylanadi. Oddiy bosim va xona haroratida temir qattiq holatda bo'ladi. 1539 ° C dan yuqori haroratda temir suyuq, 3050 ° S dan yuqori haroratda esa gazsimon bo'ladi. Tibbiy termometrlarda ishlatiladigan suyuq simob -39 ° C dan past haroratgacha sovutilganda qattiq bo'ladi. 357 ° C dan yuqori haroratlarda simob bug'ga (gaz) aylanadi.

Guruch. 112

Metall kumushni gazga aylantirib, "oyna" ko'zoynaklarini yaratish uchun shisha ustiga püskürtülür.

Har xil holatda moddalar qanday xossalarga ega?

Keling, molekulalarning harakati (113-rasm) asalarilarning to'dadagi harakatiga o'xshash gazlardan boshlaylik. Biroq, to'dadagi asalarilar harakat yo'nalishini mustaqil ravishda o'zgartiradilar va amalda bir-biri bilan to'qnashmaydilar. Shu bilan birga, gazdagi molekulalar uchun bunday to'qnashuvlar nafaqat muqarrar, balki deyarli doimiy ravishda sodir bo'ladi. To'qnashuvlar natijasida molekulalarning yo'nalishlari va tezligi o'zgaradi.

Guruch. 113

Bunday harakatning natijasi va harakat paytida zarralar orasidagi o'zaro ta'sirning yo'qligi gaz hajmini ham, shaklini ham saqlamaydi, lekin unga taqdim etilgan butun hajmni egallaydi. Sizlarning har biringiz quyidagi gaplarni bema'nilik deb hisoblaysiz: "Havo xonaning yarmini egallaydi" va "Men rezina to'p hajmining uchdan ikki qismiga havo pompaladim". Havo, har qanday gaz kabi, xonaning butun hajmini va to'pning butun hajmini egallaydi.

Suyuqliklar qanday xususiyatlarga ega? Keling, tajriba o'tkazamiz.

Guruch. 114

1-stakandan 2-stakanga suv quying. Suyuqlikning shakli o'zgargan, Lekin hajmi suv bir xil bo'lib qoldi(114-rasm). Molekulalar gazda bo'lgani kabi butun hajm bo'ylab tarqalmagan. Bu shuni anglatadiki, suyuqlik molekulalarining o'zaro tortishishi mavjud, ammo u qo'shni molekulalarni qattiq ushlab turmaydi. Ular tebranadi va bir joydan ikkinchi joyga sakraydi (115-rasm), bu suyuqliklarning suyuqligini tushuntiradi.

115-rasm

Eng kuchli o'zaro ta'sir qattiq jismdagi zarralar o'rtasida bo'ladi. Bu zarrachalarning tarqalishiga yo'l qo'ymaydi. Zarrachalar faqat ma'lum pozitsiyalar atrofida xaotik tebranish harakatlarini amalga oshiradi (116-rasm). Shunung uchun qattiq moddalar hajmi va shaklini saqlab qoladi. Kauchuk to'p qayerga joylashtirilishidan qat'i nazar, to'p shakli va hajmini saqlab qoladi: bankada, stolda va hokazo.

Guruch. 116

O'ylab ko'ring va javob bering

1. Gazning asosiy xususiyatlari qanday?
2. Nima uchun suyuqlik o'z shaklini saqlamaydi?
3. Moddaning qattiq holati suyuq va gazsimon holatdan qanday farq qiladi?
4. Suv molekulalari muz molekulalaridan farq qiladimi?
5. Quyidagi moddalardan qaysi biri normal sharoitda (xona harorati va normal bosimda) gazsimon holatda, qaysilari suyuq yoki qattiq holatda bo'ladi: qalay, benzin, kislorod, temir, simob, havo, shisha, plastmassa?
6. Simob qattiq holatda, havo esa suyuq holatda bo'lishi mumkinmi? Qanday sharoitlarda?

Uy vazifasi

1. Plastik shishani (0,5 l) tepaga suv bilan to'ldiring va uni qopqoq bilan mahkam yoping. Shishadagi suvni siqib ko'ring. Keyin suvni to'kib tashlang va shishani yana yoping. Endi undagi havoni siqib chiqaring. Tajriba natijalariga asoslanib, gazlar va suyuqliklarning tuzilishi haqida gipoteza tuzing.
2. Musobaqa vazifasi: harakat tabiatini, zarrachalarning o'zaro ta'sirini, shuningdek gazsimon, qattiq va suyuq holatdagi moddalarning xususiyatlarini taqqoslaydigan jadval tuzing. Jadvalda eng to'liq va to'g'ri ma'lumot bo'lgan kishi tanlov g'olibi bo'ladi.

Keling, o'rgangan narsalarimizdagi asosiy narsani takrorlaylik

• Barcha moddalar alohida zarralardan (atomlar, molekulalardan) iborat bo'lib, ular orasida masofalar mavjud.
• Moddalarning zarralari uzluksiz va xaotik harakat qiladi.
• Tana harorati qanchalik baland bo'lsa, zarrachalar harakati tezligi shunchalik yuqori bo'ladi.
• Diffuziya - moddalarning bir-biriga o'zaro kirib borishi hodisasi. Diffuziya ayniqsa gazlarda tez, suyuqliklarda sekinroq va qattiq moddalarda juda sekin sodir bo'ladi. Harorat oshishi bilan diffuziya tezroq sodir bo'ladi.
• Zarrachalarning o'lchamidan kattaroq masofada zarrachalarni jalb qilish ustunlik qiladi. Zarrachalarning o'lchamidan kichikroq masofalarda itarilish mavjud. Zarrachalarning tortilishi ular bir-biridan uzoqlashganda juda tez zaiflashadi.
• Jismni qizdirilganda uning hajmining o'zgarishi termal kengayish deb ataladi.
• Har xil qattiq va suyuqliklarning issiqlik kengayishi har xil, ammo barcha gazlarniki bir xil.

Gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalarning tuzilishi.

Molekulyar kinetik nazariyaning asosiy tamoyillari:

Barcha moddalar molekulalardan, molekulalar esa atomlardan,

atomlar va molekulalar doimiy harakatda,

Molekulalar o'rtasida tortishish va itarish kuchlari mavjud.

IN gazlar molekulalar xaotik harakat qiladi, molekulalar orasidagi masofalar katta, molekulyar kuchlar kichik, gaz unga berilgan butun hajmni egallaydi.

IN suyuqliklar molekulalar faqat qisqa masofalarda tartibli joylashtirilgan va katta masofalarda joylashish tartibi (simmetriyasi) buziladi - "qisqa masofadagi tartib". Molekulyar tortishish kuchlari molekulalarni bir-biriga yaqin tutadi. Molekulalar harakati bir turgʻun holatdan ikkinchisiga “sakrash”dir (odatda bir qatlam ichida. Bu harakat suyuqlikning suyuqligini tushuntiradi. Suyuqlikning shakli yoʻq, lekin hajmi bor.

Qattiq jismlar o'z shaklini saqlaydigan moddalar bo'lib, kristall va amorfga bo'linadi. Kristalli qattiq moddalar jismlar kristall panjaraga ega bo'lib, ularning tugunlarida ionlar, molekulalar yoki atomlar bo'lishi mumkin.Ular barqaror muvozanat holatiga nisbatan tebranadi.. Kristal panjaralar butun hajm bo'ylab muntazam tuzilishga ega - joylashishning "uzoq masofali tartibi".

Amorf jismlar shaklini saqlab qoladi, lekin yo'q kristall panjara va natijada aniq erish nuqtasi yo'q. Ular muzlatilgan suyuqliklar deb ataladi, chunki ular suyuqliklar singari molekulyar joylashishning "qisqa masofali" tartibiga ega.

Molekulyar o'zaro ta'sir kuchlari

Moddaning barcha molekulalari bir-biri bilan tortishish va itarilish kuchlari orqali o'zaro ta'sir qiladi. Molekulalarning oʻzaro taʼsirining dalili: namlanish hodisasi, siqilish va taranglikka chidamliligi, qattiq va gazlarning past siqilishi va boshqalar.Molekulalarning oʻzaro taʼsirining sababi moddadagi zaryadlangan zarrachalarning elektromagnit oʻzaro taʼsiridir. Buni qanday tushuntirish mumkin? Atom musbat zaryadlangan yadro va manfiy zaryadlangan elektron qobiqdan iborat. Yadroning zaryadi barcha elektronlarning umumiy zaryadiga teng, shuning uchun atom umuman elektr neytral hisoblanadi. Bir yoki bir nechta atomlardan tashkil topgan molekula ham elektr neytral hisoblanadi. Ikki statsionar molekula misolida molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirni ko'rib chiqamiz. Tabiatdagi jismlar o'rtasida tortishish va elektromagnit kuchlar mavjud bo'lishi mumkin. Molekulalarning massalari juda kichik bo'lganligi sababli, molekulalar orasidagi tortishish o'zaro ta'sirining ahamiyatsiz kuchlarini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Juda katta masofalarda molekulalar o'rtasida elektromagnit o'zaro ta'sir ham mavjud emas. Ammo molekulalar orasidagi masofa qisqargan sari molekulalar shunday yo'naltirila boshlaydiki, ularning bir-biriga qaragan tomonlari turli belgilardagi zaryadlarga ega bo'ladi (umuman, molekulalar neytral bo'lib qoladi) va molekulalar o'rtasida jozibador kuchlar paydo bo'ladi. Molekulalar orasidagi masofaning yanada qisqarishi bilan molekulalar atomlarining manfiy zaryadlangan elektron qobiqlarining o'zaro ta'siri natijasida itaruvchi kuchlar paydo bo'ladi. Natijada, molekulaga tortishish va itarish kuchlarining yig'indisi ta'sir qiladi. Katta masofalarda tortishish kuchi ustunlik qiladi (molekulaning 2-3 diametrli masofasida tortishish maksimal), qisqa masofalarda itarish kuchi ustunlik qiladi. Molekulalar o'rtasida masofa mavjud bo'lib, unda tortishish kuchlari itaruvchi kuchlarga teng bo'ladi. Molekulalarning bunday holati barqaror muvozanat holati deb ataladi. Bir-biridan uzoqda joylashgan va elektromagnit kuchlar bilan bog'langan molekulalar potentsial energiyaga ega. Barqaror muvozanat holatida molekulalarning potentsial energiyasi minimal bo'ladi. Bir moddada har bir molekula bir vaqtning o'zida ko'plab qo'shni molekulalar bilan o'zaro ta'sir qiladi, bu molekulalarning minimal potentsial energiyasining qiymatiga ham ta'sir qiladi. Bundan tashqari, moddaning barcha molekulalari doimiy harakatda, ya'ni. kinetik energiyaga ega. Shunday qilib, moddaning tuzilishi va uning xossalari (qattiq, suyuq va gazsimon jismlar) molekulalarning o'zaro ta'sirining minimal potentsial energiyasi va molekulalarning issiqlik harakatining kinetik energiyasi zaxirasi o'rtasidagi bog'liqlik bilan belgilanadi.

Qattiq, suyuq va gazsimon jismlarning tuzilishi va xossalari

Jismlarning tuzilishi tananing zarrachalarining o'zaro ta'siri va ularning issiqlik harakati tabiati bilan izohlanadi.

Qattiq

Qattiq jismlar doimiy shakl va hajmga ega va amalda siqilmaydi. Molekulalarning o'zaro ta'sirining minimal potensial energiyasi molekulalarning kinetik energiyasidan kattaroqdir. Kuchli zarrachalar o'zaro ta'siri. Qattiq jismdagi molekulalarning issiqlik harakati faqat zarrachalarning (atomlar, molekulalar) barqaror muvozanat holati atrofidagi tebranishlari bilan ifodalanadi.

Katta tortishish kuchlari tufayli molekulalar materiyadagi o'z pozitsiyalarini deyarli o'zgartira olmaydi, bu qattiq jismlarning hajmi va shaklining o'zgarmasligini tushuntiradi. Aksariyat qattiq jismlar muntazam kristall panjara hosil qiluvchi zarrachalarning fazoviy tartiblangan joylashuviga ega. Moddaning zarralari (atomlar, molekulalar, ionlar) kristall panjaraning cho'qqilarida - tugunlarida joylashgan. Kristal panjaraning tugunlari zarrachalarning barqaror muvozanat holatiga to'g'ri keladi. Bunday qattiq jismlar kristall deyiladi.

Suyuqlik

Suyuqliklar ma'lum hajmga ega, lekin o'z shakllariga ega emas, ular joylashgan idish shaklini oladi. Molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirning minimal potentsial energiyasi molekulalarning kinetik energiyasi bilan taqqoslanadi. Zaif zarrachalarning o'zaro ta'siri. Suyuqlikdagi molekulalarning issiqlik harakati molekulaga qo'shnilari tomonidan taqdim etilgan hajmdagi barqaror muvozanat holati atrofidagi tebranishlar bilan ifodalanadi. Molekulalar moddaning butun hajmi bo'ylab erkin harakatlana olmaydi, lekin molekulalarning qo'shni joylarga o'tishi mumkin. Bu suyuqlikning suyuqligini va uning shaklini o'zgartirish qobiliyatini tushuntiradi.

Suyuqliklarda molekulalar tortishish kuchlari bilan bir-biriga juda qattiq bog'langan, bu suyuqlik hajmining o'zgarmasligini tushuntiradi. Suyuqlikda molekulalar orasidagi masofa taxminan molekulaning diametriga teng. Molekulalar orasidagi masofa qisqarganda (suyuqlikning siqilishi) itaruvchi kuchlar keskin ortadi, shuning uchun suyuqliklar siqilmaydi. Tuzilishi va issiqlik harakatining tabiati bo'yicha suyuqliklar qattiq va gazlar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi. Suyuq va gaz o'rtasidagi farq suyuqlik va qattiq o'rtasidagi farqdan ancha katta bo'lsa-da. Masalan, erish yoki kristallanish jarayonida jismning hajmi bug'lanish yoki kondensatsiya paytidagidan ko'p marta kamroq o'zgaradi.

Gazlar doimiy hajmga ega emas va ular joylashgan idishning butun hajmini egallaydi. Molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirning minimal potensial energiyasi molekulalarning kinetik energiyasidan kamroq. Moddaning zarralari amalda o'zaro ta'sir qilmaydi. Gazlar molekulalarning joylashishi va harakatining to'liq buzilishi bilan tavsiflanadi.

Gaz molekulalari orasidagi masofa molekulalarning o'lchamidan ko'p marta katta. Kichik jozibali kuchlar molekulalarni bir-biriga yaqin tuta olmaydi, shuning uchun gazlar cheksiz kengayishi mumkin. Gazlar tashqi bosim ta'sirida osongina siqiladi, chunki molekulalar orasidagi masofalar katta, o'zaro ta'sir kuchlari esa ahamiyatsiz. Idishning devorlariga gaz bosimi harakatlanuvchi gaz molekulalarining ta'siridan hosil bo'ladi.

Davomiylik gipotezasi.

"Suyuq jismlarni alohida molekulalar to'plami sifatida (har birida alohida) ko'rib chiqish amalda harakatsizdir, shuning uchun suyuqlik va gazlarni (va umuman jismlarning deformatsiyasini) o'rganishda ushbu jismlar bo'shliqni doimiy ravishda to'ldirishi haqida taxminlar kiritiladi, ya'ni. ma'lum parametr qiymatlari (zichlik, harorat, yopishqoqlik va boshqalar) bilan tavsiflanadi. shu nuqtai nazar bilan suyuq tana chaqirdi uzluksiz muhit yoki uzluksiz. Suyuqliklar. Tabiatdagi barcha moddalar molekulyar tuzilishga ega. Molekulyar harakatlarning tabiati, shuningdek molekulalararo kuchlarning son qiymatlari bo'yicha suyuqliklar gazlar va qattiq jismlar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi. Suyuqliklarning xossalari yuqori haroratlar Va past bosimlar gazlar tarkibiga yaqinroq va qachon past haroratlar va yuqori bosimlar - qattiq moddalarning xususiyatlariga. Gazlarda molekulalar orasidagi masofalar kattaroq va molekulalararo kuchlar suyuqlik va qattiq jismlarga qaraganda kichikroq, shuning uchun gazlar suyuqlik va qattiq jismlardan ko'proq siqilish xususiyati bilan farqlanadi. Gazlar bilan solishtirganda, suyuqliklar va qattiq moddalar biroz siqiladi.
Suyuqlik molekulalari gazlar va qattiq jismlarning xaotik issiqlik harakatidan farq qiladigan uzluksiz xaotik issiqlik harakatida bo'ladi: suyuqliklarda bu harakat oniy markazlarga nisbatan tebranishlar (sekundiga 10 n tebranish) va bir markazdan keskin o'tishlar shaklida sodir bo'ladi. boshqa. Qattiq jismlar molekulalarining issiqlik harakati barqaror markazlarga nisbatan tebranishlardir. Gaz molekulalarining termal harakati joyning doimiy keskin o'zgarishidir.
Suyuqlik va gaz molekulalarining tarqalishi ularni aniqlaydi umumiy mulk- suyuqlik. Shuning uchun "suyuqlik" atamasi suyuqlikning o'zini (siqilmaydigan yoki juda oz siqilgan, tomchi suyuqlik) va gazni (siqiladigan suyuqlik) belgilash uchun ishlatiladi. Gidravlika tushayotgan suyuqliklarning muvozanati va harakati bilan shug'ullanadi.
Davomiylik gipotezasi. Suyuqlik o'zi harakat qiladigan bo'shliqni doimiy ravishda to'ldiradigan deformatsiyalanuvchi zarrachalar tizimi sifatida qaraladi.
Suyuq zarracha - bu juda ko'p suyuqlik molekulalarini o'z ichiga olgan cheksiz kichik hajm. Misol uchun, tomonlari 0,001 sm bo'lgan kub suvni ko'rib chiqsak, u holda hajm 3,3 1013 molekuladan iborat bo'ladi. Suyuqlik zarrasi harakatlanuvchi suyuqlik egallagan hududning o'lchamiga nisbatan ancha kichik deb taxmin qilinadi.
Ushbu taxminga ko'ra, suyuqlik bir butun sifatida uzluksiz deb hisoblanadi - bo'shliqni doimiy ravishda to'ldiradigan uzluksiz muhit, ya'ni suyuqlikda bo'shliqlar yoki uzilishlar yo'qligi qabul qilinadi, suyuqlikning barcha xarakteristikalari uzluksiz qisman bo'lgan uzluksiz funktsiyalardir. ularning barcha parametrlariga nisbatan hosilalar. Uzluksiz muhit - suyuqlikning dam olish va harakat qonunlarini o'rganishda muvaffaqiyatli qo'llaniladigan model.
Suyuqlik-uzluksiz modeldan foydalanishning haqiqiyligi barcha gidravlika amaliyoti bilan tasdiqlangan.
Davomiylik gipotezasi biz o'tayotgan matematikada differentsial hisoblarni, ma'lum formulalarni qo'llashimiz uchun kerak. Agar suyuqliklarni uzluksiz tana deb hisoblasak, unda biz faqat rivojlanish bosqichida bo'lgan turli xil "matematika" dan foydalanishimiz kerak.

Tanlangan uzluksiz muhit (suyuqlik) hajmiga ta'sir qiluvchi kuchlar

Suyuqlikning ma'lum bir hajmini (idishdagi yoki suyuqlikning umumiy massasidan aqliy ravishda ajratilgan hajmini) ko'rib chiqaylik. Unga qo'llaniladigan kuchlarni massa va sirtga bo'lish mumkin.

Massa kuchlari suyuqlikka ta'sir qiluvchi kuch maydonidan kelib chiqadi; ular suyuqlikning har bir zarrachasiga qo'llaniladi va ularning massasiga proportsionaldir; bunday kuchlarga tortishish kuchi va ko'chma harakatning inertial kuchi misol bo'ladi.

Yuzaki kuchlar ko'rib chiqilayotgan hajmning uni o'rab turgan jismlar bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadi; agar suyuqlik idishga quyilsa, bu idish devorlarining reaktsiya kuchlari; agar suyuqlikning umumiy massasidan aqliy ravishda ajratilgan hajmni hisobga olsak, bu "tashlangan" suyuqlik tomonidan unga ta'sir qiluvchi kuchlardir. Barcha holatlarda bu kuchlar tanlangan hajmning yuzasiga taqsimlanadi va ular harakat qiladigan sirt maydoni bilan belgilanadi.

Uzluksiz muhitdagi stresslar. Oddiy va kesish kuchlanishlari.

Suyuqlikda massa kuchlari ta'sirida paydo bo'ladigan kuchlanishni aniqlaymiz. ∆ elementar hajmni olaylik V, unda suyuqlik massasi ∆m va qo'llaniladigan massa kuchi ∆ bo'ladi . F.

Ushbu kuchning elementar hajm massasiga nisbati massa kuchining o'rtacha kuchlanishi deb ataladi va cf bilan belgilanadi, shuning uchun cf =│ ∆ F│ / ∆m

Agar elementar zarrachaning hajmi va demak, uning massasi nolga intilsa, u holda lim │ ∆ nuqtadagi massa kuchlarining kuchlanishini olamiz. F│ / ∆m = d| F | / dm= A.(1.1) ∆ da V → 0 .

Massa kuchlarining tarangligi bu kuch ta'sirida yuzaga kelgan tezlanishga (Nyutonning ikkinchi qonunidan kelib chiqqan holda) to'g'ri keladi va o'z o'lchamiga ega.

Sirt kuchlarining kuchlanishini xuddi shunday tarzda aniqlash mumkin. Bu kuchlar ular harakat qiladigan maydonning kattaligiga mutanosib bo'lib, uning yuzasida doimiy ravishda taqsimlanadi; ular tarkibiy qismlarga ajralishi mumkin: normal siqish kuchi va tangensial kuch (ishqalanish kuchi).

Yuzaki siqish kuchlari suyuqlik muvozanatda (tinch holatda) ham, uning harakati paytida ham yuzaga keladi va oddiy suyuqliklarda sirt ishqalanish kuchlari faqat ular harakat qilganda paydo bo'ladi.

Elementar maydonga ∆ō sirt kuchi ta'sir qilsin ∆ R, burchakli A sayt uchun normalga (1.1-rasm).

Kuch ∆ R ko'rsatilgandek, oddiy komponentga parchalanishi mumkin ∆R, saytga normal bo'ylab yo'naltirilgan va tangens ∆ T, kuch qo'llash nuqtasida sirtga teguvchi tekislikda yotgan ∆ R..

Elementar kuchning (ishqalanish kuchi) ∆T ning ∆ʼn maydoniga nisbati chegarasi yoki oxirgi tangensial kuchning nisbati. T maydoniga w deyiladi kesish stressi.

t = lim | ∆ T.I.∆ō| yoki t = T/ ō (1.2) ∆ō→0

Oddiy kuchlanishlar suyuqlikdagi bosim kuchi ∆R ning ∆ō maydoniga nisbati chegarasi sifatida aniqlanadi: R= lim | ∆ T.I.∆ω| ∆ω→0

Oddiy kuchlanishlar R chaqirdi bosim.

Molekulyar nazariyaga ko'ra, tomchi suyuqliklar ichidagi tortishish kuchi juda muhim bo'lishi mumkin. To'liq tozalangan va gazsizlangan suv bilan tajribalarda 28 * 10 3 kN gacha bo'lgan qisqa muddatli kuchlanish kuchlanishlari olingan. Biroq, tarkibida to'xtatilgan qattiq moddalar va mayda gaz pufakchalari bo'lgan suyuqliklar hatto kichik kuchlanish kuchlanishlariga ham bardosh bera olmaydi. Shuning uchun, kelajakda biz tomchi suyuqliklardagi tortishish kuchlanishlarini amalda imkonsiz deb hisoblaymiz va unda faqat normal kuchlanishni keltirib chiqaradigan bosim kuchlari ta'sir qilishi mumkin.

Suyuqliklarning fizik xossalari.

O'lchovli tahlil usuli

Kirish

Ma'ruza matnining bu erda keltirilgan qismi birinchi bo'lib, undan boshlab gidravlikaning asosiy yo'nalishi ketma-ket ochib beriladi. Ushbu shakldagi gidravlika kursining taqdimoti birinchi navbatda kunduzgi bo'lim talabalari uchun mo'ljallangan, ammo ba'zi tuzatishlar bilan u kechki, sirtqi va sirtqi bo'lim talabalari uchun asosiy darslik bo'lib xizmat qilishi mumkin.

Bu qism, barcha boshqalar kabi, ikkita bo'limdan iborat - asosiy va qo'shimcha. Asosiy bo'lim hamma uchun majburiy bo'lib, qo'shimcha (odatda murakkabroq) bo'lim o'qituvchining tavsiyasiga binoan o'rganiladi.

Ma'ruza matnining ushbu qismining birinchi qismida fizika kursidan ma'lum bo'lgan suyuqlik va gazlarning asosiy fizik xossalari ko'rsatilgan. Suyuqlik va gazlarning fizik xossalarini ko'rib chiqish gidravlik hodisalarga nisbatan muhandislik nuqtai nazaridan amalga oshiriladi; istisno - suyuqliklarning sirt xususiyatlarining taqdimoti (sirt tarangligi, kapillyarlik). Gazlardagi termodinamik jarayonlar hisobga olinmaydi, bu kursning tegishli qismida ("Gaz dinamikasi") amalga oshiriladi.

Ikkinchi bo'lim gidravlik masalalarda qo'llaniladigan o'lchovli tahlil usulining asoslariga bag'ishlangan. Bizning fikrimizcha, har bir muhandis o'lchovli tahlil haqida tasavvurga ega bo'lishi kerak, chunki bu usul juda universaldir. Uning o'ziga xosligi shundaki, u qanchalik muvaffaqiyatli qo'llanilsa, hodisalarning mohiyati shunchalik yaxshi tushuniladi; Shu munosabat bilan misollar va muammolarni ko'rib chiqishda jismoniy ma'noga alohida e'tibor berildi - shuning uchun misol va muammolarni yana bir bor ko'rib chiqishga arziydi.

O'lchovli tahlil usulini qo'llashni o'rganish uchun uning yordami bilan iloji boricha ko'proq muammolarni hal qilish va misollarni tahlil qilish kerak, shuning uchun ikkinchi bo'lim asosan misollar va masalalardan iborat (nazariy materialning minimal, eng zarur miqdori). beriladi). Misollar, qoida tariqasida, batafsil ko'rsatilgan va vazifalar yanada ixchamdir, garchi ularning har biri uchun tushuntirishlar berilgan. Barcha masalalarni mustaqil yechish tavsiya etiladi, keyin esa natijada olingan yechimni matnda keltirilgan bilan solishtirish tavsiya etiladi. Bir nechta muammolar to'liq hal etilmagan - ularning ba'zilari an'anaviy ravishda o'lchovli tahlil usuli yordamida hal etilmagan ( suv bolg'asi), va boshqalar hali oxirigacha hal qilinmagan (ko'prik tayanchlarida yuvish). Muallif qachon, deb umid qiladi katta miqdorda O'lchovli tahlil usuli yordamida hal qilingan masalalar miqdori ushbu universal usulni o'zlashtirish sifatiga aylanadi.

Suyuqlik va gazlarning fizik xossalari

1. O'rganish ob'ekti

Suyuqlik (yoki gaz) zarralari bir-biriga nisbatan juda yuqori harakatchanlikka ega bo'lgan jismoniy jismdir.

Kelajakda suyuqlik va gazlarning muvozanati va harakati faqat tufayli tashqi sabablar(tortishish kuchi, tashqi bosim va boshqalar).

2. Suyuqlik va gazlarning fizik tuzilishi

Har qanday jism bir-biri bilan harakatlanuvchi va o'zaro ta'sir qiluvchi juda ko'p molekuladir. Molekulalarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri kuchsiz bo'lsa, molekulalar gaz hosil qilishi tabiiy ko'rinadi; aks holda, o'zaro ta'sir kuchli bo'lsa, u qattiq jism, oraliq holatda u suyuqlikdir. Zaif va kuchli o'zaro ta'sirlarni aniqlash uchun molekulalarning o'zaro ta'sir energiyasini ularning kinetik energiyasi bilan solishtirish kerak. Molekulyar kinetik nazariyadan ma'lumki, molekulalarning xaotik harakatining o'rtacha kinetik energiyasi. E harorat bilan bevosita bog'liq T tizimlari:

E = 2/3kT,

Qayerda k- doimiy; T- mutlaq harorat.

Molekulyar tuzilishdagi suyuqliklar qattiq va gazlar orasida oraliq joyni egallaydi. Suyuqliklarning molekulalari qattiq moddalar molekulalari kabi zich joylashgan deb ishoniladi. Bu haqiqatni tasdiqlash uchun eslaylikki, muzlaganda suv qattiq moddaga - muzga aylanadi, uning zichligi suvdan ham kamroq. Soddalashtirilgan, ammo sifat jihatidan to'g'ri ko'rinadigan modelga ko'ra, suyuqlik molekulalarining termal harakatlari ma'lum markazlarga nisbatan tartibsiz tebranishlarni ifodalaydi; Jismoniy strukturaning bunday xususiyatlari o'ziga xos xususiyatlarning sabablari, masalan, suyuqlikdir.

Suyuqlik - suyuqlikning hatto kichik kuchlar ta'sirida qismlarga bo'linmasdan shaklini o'zgartirish qobiliyati, xususan, u joylashgan idishning shaklini olish.

Mexanik xossalari nuqtai nazaridan uzluksiz suyuqliklar ikki sinfga bo'linadi: past siqilgan (tomchi) va siqilgan (gazsimon). Fizika nuqtai nazaridan, tomchi suyuqlik gazdan sezilarli darajada farq qiladi; Suyuqliklar mexanikasi nuqtai nazaridan ular orasidagi farq unchalik katta emas. Ko'pincha, tomchilatib yuboriladigan suyuqliklar uchun amal qiladigan qonunlar, ularning siqilishini hisobga olish mumkin bo'lmagan hollarda (masalan, shamollatish kanallarini hisoblashda) gazlarga ham qo'llanilishi mumkin. So'zning keng ma'nosida suyuqlikni anglatuvchi maxsus atama yo'qligi sababli, keyin biz "tomchi suyuqlik", "gaz" va "suyuqlik" atamalarini ishlatamiz, ikkinchisini keng ma'noda ishlatamiz. tomchi suyuqligi ham, gaz ham (t ya'ni suyuqlik deganda biz suyuqlik xususiyatiga ega bo'lgan har qanday muhitni tushunamiz). Tomchi suyuqliklar aniq belgilangan hajmlarga ega, ularning hajmi kuchlar ta'sirida deyarli o'zgarmaydi. Suyuqlikning eng tipik xususiyati uning izotropiyasidir, ya'ni. barcha yo'nalishlarda bir xil xususiyatlar: bir xil issiqlik o'tkazuvchanligi, mexanik xususiyatlar, turli to'lqinlarning tarqalish tezligi va boshqalar.

Ularga taqdim etilgan barcha bo'shliqni egallagan gazlar kuchlar ta'sirida hajmni sezilarli darajada o'zgartirishi, siqilishi va kengayishi mumkin; xususan, ular faqat bosim ostida mavjud bo'lishi mumkin. Bosim bo'lmasa, gaz cheksiz kengayadi; Shuning uchun normal sharoitda gaz ichidagi bosim noldan farq qiladi deb taxmin qilish kerak.