Лед, вода и водяной пар — три состояния одного и того же вещества — воды. Значит, молекулы льда, воды и водяного пара не отличаются друг от друга.
Следовательно, эти три состояния различаются не молекулами, а тем, как молекулы расположены и как движутся. Как же расположены и как движутся молекулы газа, жидкости и твердого тела?
Опыты показывают, что газ можно сжать так, что его объем уменьшится в несколько раз. Значит, в газах расстояния между молекулами большие, много больше размеров самих молекул. В среднем расстояния между молекулами газов таковы, что между каждыми двумя его молекулами может поместиться десять молекул. На таких расстояниях молекулы очень слабо притягиваются друг к другу. Поэтому-то газы не имеют собственной формы и постоянного объема. Нельзя наполнить газом, например, половину бутылки или стакана, так как, двигаясь во всех направлениях и почти не притягиваясь друг к другу, молекулы быстро заполнят весь сосуд.
Несжимаемость жидкостей объясняется тем, что промежутки между их молекулами малы — молекулы в жидкостях упакованы так плотно, что расстояние между каждыми двумя молекулами меньше самой молекулы.
Но на таких расстояниях уже действует притяжение молекул друг к другу. Поэтому молекулы в жидкостях, хотя и движутся с большими скоростями, но, удерживаемые притяжением, не расходятся на большие расстояния. Жидкость не занимает весь предоставленный ей объем.
Однако притяжение между молекулами жидкостей не настолько велико, чтобы жидкости сохраняли свою форму и были прочными, как твердые тела, поэтому жидкости принимают форму сосуда и их легко разбрызгать, перелить, отделить одну их часть от другой.
Твердые тела прочны, они сохраняют и объем и форму. Некоторые из них имеют естественную, иногда правильную очень сложную и красивую форму, например снежинки (рис. ниже. 4). Чем это объясняется?
Частицы (молекулы или атомы) большинства твердых тел, таких, как лед, соль, нафталин, металлы, расположены в определенном порядке. Такие твердые тела называют кристаллическими. Хотя частицы таких тел и находятся в движении, но каждая из них движется около определенной точки, подобно маятнику часов, то есть колеблется. Частица не может переместиться далеко от этой точки, поэтому твердое тело не растекается. Упорядоченным расположением молекул льда объясняется красивая форма снежинки.
На рисунке 25. 1, 2, 3 изображено расположение частиц в кристаллах льда, поваренной соли и йода, на вклейке II — в кристалле золота.
На цветной вклейке I, в середине, показано расположение молекул одного и того же вещества — воды — в разных состояниях: твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (водяной пар).
И в газах, и в жидкостях, и в твердых телах молекулы находятся в непрерывном беспорядочном движении. Но так как расстояния .между молекулами и взаимное притяжение их во всех случаях различны, то различен и характер движения молекул.
В газах, например, в атмосферном воздухе, где межмолекулярные промежутки сравнительно велики, каждая молекула движется некоторое время по прямой линии, затем сталкивается с другой молекулой и меняет направление своего движения. Таких столкновений она испытывает несколько миллиардов в секунду.
В жидкости молекула от одного до другого столкновения проходит расстояние, меньшее размеров самих молекул.
В твердых телах из-за большого взаимного притяжения молекулы лишь колеблются около некоторого среднего положения, и только изредка переходят из одного места в другое.