В молекулярной модели вещества тело состоит из огромного числа частиц. Эти частицы не покоятся и не существуют отдельно друг от друга: они движутся и взаимодействуют.
Эти три идеи помогают объяснить свойства газов, жидкостей и твёрдых тел:
- Частицы вещества совершают тепловое движение.
- Между частицами действуют силы притяжения и отталкивания.
- Из-за движения частиц возможны диффузия и броуновское движение.
Тепловое движение
Тепловое движение — непрерывное беспорядочное движение атомов и молекул вещества.
Это движение не прекращается само по себе. В газе молекулы движутся почти свободно и сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. В жидкости частицы колеблются около временных положений равновесия и перескакивают в соседние положения. В твёрдом теле частицы обычно колеблются около устойчивых положений равновесия.
Важно
Тепловое движение беспорядочно. Нельзя заранее точно сказать, куда полетит отдельная молекула после столкновения, но можно описывать средние свойства огромного числа частиц.
При нагревании беспорядочное движение частиц становится интенсивнее. Поэтому нагревание часто связано с увеличением скорости движения молекул, тепловым расширением и более быстрым протеканием диффузии.
Взаимодействие частиц вещества
Частицы вещества взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания. Характер взаимодействия зависит от расстояния между частицами.
Если частицы находятся очень близко, заметнее силы отталкивания. Они мешают частицам “налезать” друг на друга и объясняют, почему вещество трудно сильно сжать.
Если расстояние между частицами немного больше, заметнее силы притяжения. Они удерживают частицы рядом и помогают объяснить существование жидкостей и твёрдых тел.
Когда расстояния между частицами велики, взаимодействие становится слабым. Поэтому газ легко расширяется и занимает весь предоставленный объём.
Связь с агрегатными состояниями:
- В газах расстояния между частицами велики, поэтому взаимодействие обычно мало, кроме моментов столкновений.
- В жидкостях частицы близко расположены, но могут перемещаться друг относительно друга, поэтому жидкость сохраняет объём и принимает форму сосуда.
- В твёрдых телах взаимодействие удерживает частицы около устойчивых положений, поэтому твёрдое тело сохраняет форму и объём.
Силы взаимодействия частиц проявляются и в макроскопических явлениях. Например, при деформации возникают силы упругости: при растяжении частицы сильнее притягиваются обратно, а при сжатии сильнее отталкиваются.
Диффузия
Диффузия — взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга из-за теплового движения их частиц.
Если в одной области концентрация частиц больше, а в другой меньше, беспорядочное движение постепенно приводит к выравниванию концентрации. Поэтому запах распространяется по комнате, капля красителя со временем окрашивает воду, а газы легко смешиваются.
Диффузия идёт быстрее:
- В газах, потому что расстояния между частицами велики и частицы свободнее перемещаются.
- При большей температуре, потому что тепловое движение становится интенсивнее.
- В менее вязкой среде, потому что частицам легче менять положение.
В твёрдых телах диффузия тоже возможна, но обычно идёт намного медленнее, чем в жидкостях и газах.
Броуновское движение
Броуновское движение — беспорядочное движение маленьких частиц, взвешенных в жидкости или газе.
Броуновская частица гораздо больше отдельной молекулы, поэтому её можно наблюдать в микроскоп. Но она всё ещё достаточно мала, чтобы удары молекул среды с разных сторон не всегда точно компенсировали друг друга. Из-за этого частица получает случайные толчки и движется по сложной ломаной траектории.
Броуновское движение является важным опытным подтверждением молекулярно-кинетической теории:
- Оно показывает, что молекулы среды действительно движутся.
- Оно подтверждает беспорядочный характер теплового движения.
- Оно объясняется нескомпенсированными ударами молекул по взвешенной частице.
Интенсивность броуновского движения увеличивается при повышении температуры и при уменьшении размеров взвешенной частицы.
Не путать
Диффузия и броуновское движение связаны с тепловым движением, но это разные явления.
Диффузия описывает постепенное перемешивание веществ и выравнивание концентрации. Броуновское движение описывает видимое под микроскопом хаотическое движение малой взвешенной частицы.
Общее у них одно: оба явления возникают из-за непрерывного беспорядочного движения молекул.
Коротко
- Тепловое движение — непрерывное беспорядочное движение атомов и молекул.
- Частицы вещества притягиваются и отталкиваются; результат зависит от расстояния между ними.
- Диффузия — взаимное проникновение веществ из-за теплового движения частиц.
- Броуновское движение — хаотическое движение малых взвешенных частиц под действием ударов молекул среды.
- Диффузия и броуновское движение являются опытными подтверждениями молекулярно-кинетической теории.