Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Мы с вами продолжаем изучать тему: "строение вещества". Мы уже знаем, что все вещества состоят из молекул, при этом молекулы находятся в состоянии непрерывного хаотического движения, и как мы выяснили на прошлой лекции, молекулы взаимодействуют друг с другом. Эти перечисленные три положения положено называть основными положениями молекулярно-кинетической теории. Т.е теории, связанной с существованием и движением (кинетикой) молекул. Например термин "кинематограф" означает - "движующаяся фотография". Знание молекулярного устройства вещества позволяет позволяет ответить на вопросы почему те или иные имеют те или иные свойства. Давайте приведем ниже строки из Лукреция:
"Так о великих вещах помогают составить понятия малые вещи, пути намечая для их достижения"
Сегодня мы поговорим о больших вещах с точки зрения молекулярно-кинетической теории. И первое, что бросается в глаза это то, что все тела делятся на три больших класса:
- твердые
- жидкие
- газообразные
Эти три состояния называют тремя агрегатными состояниями вещества. Давайте теперь ниже посмотрим видеофрагмент, показывающий различные состояния веществ.
А теперь давайте попробуем установить какие основные признаки описывают твердые, жидкие и газообразные тела. Как их можно отличить друг от друга? Если мы будем говорить о форме твердых тел, представленных в видеоролике выше, то обладают ли эти тела какой-либо формой? Да, ответ очевиден - эти тела обладают определенной формой: кубической и цилиндрической. Значит твердые тела обладают и сохраняют свою форму. Важным внешним признаком твердых тел (если не "заглядывать" внутрь формы) является, то что они сохраняют свою форму. Жидкое тело - вода, свою форму не сохраняют. Т.е в отличии от твердых тел жидкие тела своей формы не имеют, а принимают форму той емкости в которой они налиты. Газообразные вещества так же не сохраняют свою форму и принимают форму той емкости, в которой они закачаны.
Теперь давайте поговорим о такой характеристики как объем. Скажите пожалуйста твердые тела обладают определенным объемом? Да, мы даже знаем по каким формулам можно рассчитать объем твердого тела и в одной из предыдущих лекции мы эти формулы рассматривали. Например, объем куба рассчитывается трехкратным умножением стороны куба самого на себя. Для получения объема цилиндра необходимо площадь основания умножить на высоту. Т.е твердые тела сохраняют не только форму, но и объем. Жидкие тела формы не имеют, они ее не сохраняют, а объем они сохраняют? Да, объем жидкие тела сохраняют. Например вода объемом 150 мл, налитая в прямой цилиндр будет иметь такой же объем, когда будет перелита в колбу с коническими стенками. Интересным является тот факт, что жидкость может менять свою форму, но остается всегда телом имеющим определенный объем у нее есть свободная поверхность, которая разделяет ту область пространства где есть жидкость и ту область пространства, где нет жидкости. Что же касается газа, то в опыте со шприцем, наполненным воздухом, мы могли закрыв выходное отверстие сжимать поршень шприца на определенное расстояние при этом воздух, который находился внутри сжимался. Т.е его объем легко изменить. А вот если шприц наполнить жидкостью и попытаться его сжать, то это будет практически не возможно, так как вода практически не сжимаема, хотя, в принципе, это возможно, но для этого требуются огромные усилия, точнее огромное давление, поэтому жидкости и, кстати, твердые тела практически не сжимаемы. Таким образом, жидкие тела изменяют форму не меняя при этом объем. В физике при решении задач в дальнейшем мы будем считать, что жидкие и твердые тела вообще не сжимаемы, а вот газ меняет свой объем т.е он его не сохраняет. Объем меняется в зависимости от того, в каком состоянии находится газ. Поэтому газообразные тела не сохраняют форму и не сохраняют объем.
Таким образом, выше мы перечислили внешние свойства твердых тел, жидкостей и газов. Кстати, если перекачать газообразное вещество из одного баллона с большим объемом в баллон с меньшим объемом, то газ поместиться в этот баллон при этом сжавшись и займет все предоставленное ему пространство и наоборот, если мы газ выпустим из баллона, например в комнату, то он так же займет все пространство комнаты. Так как газ не обладает объемом у него нет свободной поверхности, поэтому газ занимает все предоставленное ему пространство. Итак, а теперь как в цитате у Лукреция, которую мы приводили выше. Попробуем объяснить великие вещи с помощью понимания того, как устроены эти вещи на молекулярном уровне. Даже древние Левкип и Демокрит пытались это объяснить. Например, древние ученые считали, что у твердых тел первоначала т.е атомы - это шарики с крючками и эти крючки цепляются один за другой и поэтому тело сохраняет свою форму. Жидкости по мнению древнегреческих ученых состоят из частиц, которые являются скользкими, они легко скользят относительно друг друга и поэтому жидкость обладает текучестью. Ну, а что касается газов, то у нас нет представления о том, как его строение представляли древнегреческие ученые. А давайте теперь посмотрим с современной точки зрения: все вещества состоят из молекул. Почему твердые тела сохраняют и форму и объем? Ответить на этот вопрос можно, если изучить молекулярное строение твердых тел. Расстояние между молекулами составляет порядок размера самих молекул и эти молекулы взаимодействуя друг с другом расположены в строгом порядке.
Т.е твердое тело из-за своего кристаллического строения сложно меняет свою форму и практически не меняет своего объема. И что еще интересно, благодаря такому стройному расположению молекул и атомов сами тела имеют очень часто правильную форму, такие тела называются кристаллами (тела имеющие кристаллическую структуру). Давайте ниже в видеоролике посмотрим несколько кристаллов и убедимся в том, насколько они совершенны.
Итак, благодаря тому, что атомы и молекулы твердых тел образуют кристаллическую решетку сами тела при этом имеют очень часто правильную форму. Конечно, если кристаллы сахара перемолоть, то кристаллы при этом разрушатся, их форма при этом нарушится, но можно вырастить и крупные кристаллы сахара.
Давайте теперь перейдем к жидкостям. Молекулярное строение жидкостей состоит в следующем: расстояние между атомами примерно такое же как и у самих атомов. Т.е в этом смысле жидкости мало чем отличаются от твердых тел, но если в твердых телах атомы или молекулы располагаются в строго определенном порядке, то в жидкостях они способны смещаться друг относительно друга при сохранении приблизительно первоначального расстояния между ними. Давайте в видеоролике ниже продемонстрируем строение веществ в жидком состоянии.
Что же касается газов, то поскольку они легко сжимаются это свидетельствует о том, что расстояние между молекулами гораздо больше размеров своих молекул. И поскольку газы не обладают объемом представим ниже видеоролик в котором газ будем "заперт" в сосуде.
Теперь давайте посмотрим, что происходит с молекулами при увеличении температуры. При увеличении температуры немного увеличивается расстояние между молекулами и правильно этот эффект называется тепловым расширением. Если еще увеличить температуру, то скорость движения молекул увеличивается еще больше, колебания становятся еще больше и тело расплавляется, т.е у нас разрушается кристаллическая решетка и тело превращается из твердого в жидкое - это называется плавление. Далее у нас есть жидкость, молекулы жидкости при этом движутся, при этом есть молекулы быстрые, а есть молекулы медленные при хаотическом движении молекулы могут получить такой толчок, что приобретают очень серьезную скорость. Если при этом молекула находится на поверхности жидкости и скорость эта направлена от жидкости, то что произойдет с этой молекулой? Правильно, она уйдет из этой жидкости. Т.е она покинет жидкость и это явление называется парообразование. Давайте ниже в еще одном видеоролике приведем схему изменения агрегатных состояний вещества и назовем эти изменения теми словами, которыми пользуются в физике.
Далее давайте пронаблюдаем за процессом плавления и еще за процессом превращения твердого тела в жидкость, но без плавления. Дело в том, что есть такие твердые тела к ним, например относится стекло, леденцы, канифоль с которой мы познакомились на прошлой лекции, которая не имеет кристаллической структуры, но тем не менее это твердое тело. Поскольку они не имеют кристаллической структуры, то в них бесформенным образом располагаются молекулы и такие тела называются аморфными.
Аморфные тела - это тела без кристаллической решетки (структуры). И их поведение при нагревании очень сильно отличается от поведения кристаллических тел.
Давайте еще раз перефразируем про аморфные тела и получим, что аморфные тела - это очень густые жидкости, а когда происходит нагрев аморфных тел эти жидкости становятся все менее и менее густыми. Например с старых храмах, в которых установлены витражи из цветных стекол, эти стекла внизу немного толще, чем вверху, потому что даже при комнатной температуре при очень длительном сроке выдержки стекло чуть-чуть стекает вниз и внизу витраж становиться немного толще.
Таким образом, будем помнить, что аморфные тела - это тела не имеющие кристаллической структуры. И мы с вами можем наблюдать, что состояние тел можно изменять при изменении температуры. В опытах мы наблюдали с вами плавление. Замерзание воды в лед - это кристаллизация. Давайте зададим вопрос - а можно ли изменить состояние газа, например воздуха? Да, можно. Например, как сделать воздух жидким? Охладить. Оказывается, если воздух охладить почти до 200 градусов мороза, то он становится жидким. И свойство жидкого воздуха или составных частей из которого этот воздух состоит (азот, кислород и т.д). Например, свойства жидкого азота очень необычно и в видеоролике ниже давайте посмотрим на поведение жидкого азота на воздухе.
Давайте подведем итог этой лекции. Итак мы узнали, что существуют три агрегатных состояния вещества, посмотрели на их строение, узнали, что такое твердые кристаллические и аморфные тела и их отличие друг от друга. Узнали как вещества переходят из одного агрегатного состояния в другое и на примере двух опытов увидели как происходит плавление твердых кристаллических и аморфных тел, а также как ведет себя жидкий азот на воздухе.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, то пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.