ساختار ماده. مدل های ساختار جسم گاز، مایع و جامد. مدل ساختار اجسام جامد. تغییر در حالت تجمع ماده. اجسام کریستالی خواص تک بلورها اجسام آمورف

ساختار گازها، مایعات و جامدات.

مفاد اساسی نظریه جنبشی مولکولی:

همه مواد از مولکول ها و مولکول ها از اتم ها تشکیل شده اند.

اتم ها و مولکول ها در حرکت ثابت هستند،

بین مولکول ها نیروهای جاذبه و دافعه وجود دارد.

AT گازهامولکول ها به طور تصادفی حرکت می کنند، فواصل بین مولکول ها زیاد است، نیروهای مولکولی کوچک هستند، گاز کل حجم ارائه شده به آن را اشغال می کند.

AT مایعاتمولکول ها فقط در فواصل کوچک مرتب می شوند و در فواصل زیاد نظم (تقارن) ترتیب نقض می شود - "ترتیب برد کوتاه". نیروهای جاذبه مولکولی مولکول ها را نزدیک به هم نگه می دارد. حرکت مولکول ها "پرش" از یک موقعیت پایدار به موقعیت دیگر است (معمولاً در یک لایه. این حرکت سیال بودن یک مایع را توضیح می دهد. مایع شکل ندارد، اما حجم دارد.

جامدات - موادی که شکل خود را حفظ می کنند، به کریستالی و بی شکل تقسیم می شوند. جامد کریستالیاجسام دارای یک شبکه کریستالی هستند که در گره‌های آن می‌توان یون‌ها، مولکول‌ها یا اتم‌ها وجود داشته باشد. آنها نسبت به موقعیت‌های تعادل پایدار در نوسان هستند. شبکه‌های کریستالی ساختار منظمی در سراسر حجم دارند - یک "نظم دوربرد" مکان.

اجسام آمورفشکل خود را حفظ می کنند، اما شبکه کریستالی ندارند و در نتیجه نقطه ذوب مشخصی ندارند. آنها مایعات منجمد نامیده می شوند، زیرا آنها، مانند مایعات، دارای نظم مولکولی "تقریبا" هستند.

نیروهای برهمکنش مولکول ها

تمام مولکول های یک ماده توسط نیروهای جاذبه و دافعه با یکدیگر برهم کنش می کنند. اثبات برهمکنش مولکول ها: پدیده خیس شدن، مقاومت در برابر فشرده سازی و کشش، تراکم پذیری کم جامدات و گازها و... دلیل برهم کنش مولکول ها برهم کنش الکترومغناطیسی ذرات باردار در ماده است. چگونه آن را توضیح دهیم؟ یک اتم از یک هسته با بار مثبت و یک لایه الکترونی با بار منفی تشکیل شده است. بار هسته برابر با بار کل تمام الکترون ها است، بنابراین، به طور کلی، اتم از نظر الکتریکی خنثی است. یک مولکول متشکل از یک یا چند اتم نیز از نظر الکتریکی خنثی است. برهمکنش بین مولکول ها را با استفاده از مثال دو مولکول بی حرکت در نظر بگیرید. نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی می توانند بین اجسام در طبیعت وجود داشته باشند. از آنجایی که جرم مولکول ها بسیار کوچک است، نیروهای ناچیز برهمکنش گرانشی بین مولکول ها را می توان نادیده گرفت. در فواصل بسیار زیاد، هیچ برهمکنش الکترومغناطیسی بین مولکول ها نیز وجود ندارد. اما با کاهش فاصله بین مولکول‌ها، مولکول‌ها شروع به جهت‌گیری می‌کنند، به طوری که دو طرف آن‌ها روبه‌روی هم دارای بارهایی با علائم مختلف خواهند بود (به طور کلی، مولکول‌ها خنثی می‌مانند)، و نیروهای جذابی بین مولکول‌ها ایجاد می‌شود. با کاهش حتی بیشتر در فاصله بین مولکول ها، نیروهای دافعه در نتیجه برهم کنش لایه های الکترونی با بار منفی اتم های مولکول ها ایجاد می شوند. در نتیجه، مولکول تحت تأثیر مجموع نیروهای جاذبه و دافعه قرار می گیرد. در فواصل زیاد، نیروی جاذبه غالب است (در فاصله 2-3 قطر مولکولی، جاذبه حداکثر است)، در فواصل کوتاه، نیروی دافعه. فاصله ای بین مولکول ها وجود دارد که در آن نیروهای جاذبه با نیروهای دافعه برابر می شوند. این موقعیت مولکول ها را موقعیت تعادل پایدار می نامند. مولکول هایی که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند و توسط نیروهای الکترومغناطیسی به هم متصل شده اند دارای انرژی پتانسیل هستند. در موقعیت تعادل پایدار، انرژی پتانسیل مولکول ها حداقل است. در یک ماده، هر مولکول به طور همزمان با بسیاری از مولکول های همسایه برهمکنش می کند، که بر مقدار حداقل انرژی پتانسیل مولکول ها نیز تأثیر می گذارد. علاوه بر این، تمام مولکول های یک ماده در حرکت مداوم هستند، یعنی. انرژی جنبشی دارند بنابراین، ساختار یک ماده و خواص آن (جسم جامد، مایع و گاز) با نسبت بین حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها و انرژی جنبشی حرکت حرارتی مولکول ها تعیین می شود.

ساختار و خواص اجسام جامد، مایع و گاز

ساختار اجسام با برهمکنش ذرات بدن و ماهیت حرکت حرارتی آنها توضیح داده می شود.

جامد

جامدات شکل و حجم ثابتی دارند و عملاً تراکم ناپذیرند. حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها از انرژی جنبشی مولکول ها بیشتر است. برهم کنش قوی ذرات حرکت حرارتی مولکول ها در یک جامد تنها با نوسانات ذرات (اتم ها، مولکول ها) در اطراف موقعیت تعادل پایدار بیان می شود.

به دلیل نیروهای جاذبه زیاد، مولکول ها عملاً نمی توانند موقعیت خود را در یک ماده تغییر دهند، که تغییر ناپذیری حجم و شکل جامدات را توضیح می دهد. بیشتر جامدات دارای نظم مکانی از ذرات هستند که یک شبکه کریستالی منظم را تشکیل می دهند. ذرات ماده (اتم ها، مولکول ها، یون ها) در رئوس - گره های شبکه کریستالی قرار دارند. گره های شبکه کریستالی با موقعیت تعادل پایدار ذرات منطبق است. چنین جامداتی کریستالی نامیده می شوند.

مایع

مایعات دارای حجم مشخصی هستند، اما شکل خاص خود را ندارند، آنها شکل ظرفی را می گیرند که در آن قرار دارند. حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها با انرژی جنبشی مولکول ها قابل مقایسه است. برهمکنش ذرات ضعیف حرکت حرارتی مولکول ها در یک مایع با نوسانات حول موقعیت تعادل پایدار در حجمی که توسط همسایگانش به مولکول ارائه می شود بیان می شود. مولکول ها نمی توانند آزادانه در کل حجم یک ماده حرکت کنند، اما انتقال مولکول ها به مکان های مجاور امکان پذیر است. این سیال بودن مایع، توانایی تغییر شکل آن را توضیح می دهد.

در مایعات، مولکول ها به شدت توسط نیروهای جاذبه به یکدیگر متصل می شوند، که تغییر ناپذیری حجم مایع را توضیح می دهد. در یک مایع، فاصله بین مولکول ها تقریبا برابر با قطر مولکول است. با کاهش فاصله بین مولکول ها (فشرده سازی مایع)، نیروهای دافعه به شدت افزایش می یابد، بنابراین مایعات تراکم ناپذیر هستند. از نظر ساختار و ماهیت حرکت حرارتی، مایعات یک موقعیت میانی بین جامدات و گازها را اشغال می کنند. اگرچه تفاوت بین مایع و گاز بسیار بیشتر از مایع و جامد است. به عنوان مثال، در هنگام ذوب یا تبلور، حجم یک جسم چندین برابر کمتر از زمان تبخیر یا تراکم تغییر می کند.

گازها حجم ثابتی ندارند و کل حجم ظرفی را که در آن قرار دارند را اشغال می کنند. حداقل انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها کمتر از انرژی جنبشی مولکول ها است. ذرات ماده عملا برهم کنش ندارند. گازها با اختلال کامل در آرایش و حرکت مولکول ها مشخص می شوند.

فاصله بین مولکول های گاز چندین برابر بزرگتر از اندازه مولکول ها است. نیروهای جاذبه کوچک نمی توانند مولکول ها را نزدیک یکدیگر نگه دارند، بنابراین گازها می توانند به طور نامحدود منبسط شوند. گازها به راحتی تحت تأثیر فشار خارجی فشرده می شوند، زیرا. فواصل بین مولکول ها زیاد است و نیروهای برهمکنش ناچیز است. فشار گاز بر روی دیواره های ظرف در اثر برخورد مولکول های گاز متحرک ایجاد می شود.

همه اشیا و چیزهایی که هر روز ما را احاطه می کنند از مواد مختلفی تشکیل شده اند. در عین حال، ما عادت داریم که فقط یک چیز جامد را به عنوان اشیا و چیزها در نظر بگیریم - مثلاً میز، صندلی، فنجان، خودکار، کتاب و غیره.

سه حالت ماده

و آب از شیر آب یا بخاری که از چای داغ می آید، به نظر نمی رسد که اشیا و چیزها را در نظر بگیریم. اما به هر حال، همه اینها نیز بخشی از دنیای فیزیکی هستند، فقط مایعات و گازها در وضعیت متفاوتی از ماده قرار دارند. بنابراین، سه حالت ماده وجود دارد:جامد، مایع و گاز. و هر ماده ای می تواند به نوبه خود در هر یک از این حالات باشد. اگر یک تکه یخ را از فریزر بیرون بیاوریم و آن را گرم کنیم، آب می شود و به آب تبدیل می شود. اگر مشعل را روشن بگذاریم، آب تا 100 درجه سانتیگراد گرم می شود و به زودی تبدیل به بخار می شود. بنابراین، یک ماده، یعنی همان مجموعه مولکول‌ها، به نوبه خود در حالات مختلف ماده مشاهده کردیم. اما اگر مولکول ها ثابت بمانند، پس چه چیزی تغییر می کند؟ چرا یخ جامد است و شکل خود را حفظ می کند، آب به راحتی به شکل فنجان در می آید و بخار کاملاً در جهات مختلف پخش می شود؟ همه چیز در مورد ساختار مولکولی است.

ساختار مولکولی جامداتبه گونه ای است که مولکول ها بسیار نزدیک به یکدیگر قرار دارند (فاصله بین مولکول ها بسیار کمتر از اندازه خود مولکول ها است) و حرکت دادن مولکول ها از جای خود در این آرایش بسیار دشوار است. بنابراین، اجسام جامد حجم خود را حفظ می کنند و شکل خود را حفظ می کنند. ساختار مولکولی مایعبا این واقعیت مشخص می شود که فاصله بین مولکول ها تقریباً برابر با اندازه خود مولکول ها است ، یعنی مولکول ها دیگر به اندازه جامدات نزدیک نیستند. این بدان معنی است که حرکت آنها نسبت به یکدیگر آسان تر است (به همین دلیل است که مایعات به راحتی شکل خود را تغییر می دهند)، اما نیروی جاذبه مولکول ها همچنان برای جلوگیری از پرواز مولکول ها و حفظ حجم آنها کافی است. و اینجا ساختار مولکولی گازبرعکس، اجازه نمی دهد که گاز حجم یا شکل خود را حفظ کند. دلیل آن این است که فاصله بین مولکول های گاز بسیار بیشتر از اندازه خود مولکول ها است و حتی کوچکترین نیرویی قادر است این سیستم لرزان را از بین ببرد.

دلیل انتقال یک ماده به حالت دیگر

حال بیایید بفهمیم دلیل انتقال ماده از حالتی به حالت دیگر چیست. به عنوان مثال، چرا یخ با گرم شدن به آب تبدیل می شود. پاسخ ساده است:انرژی حرارتی مشعل به انرژی داخلی مولکول های یخ تبدیل می شود. با دریافت این انرژی، مولکول‌های یخ سریع‌تر و سریع‌تر شروع به نوسان می‌کنند و در پایان از زیرمجموعه مولکول‌های همسایه خارج می‌شوند. اگر دستگاه گرمایشی را خاموش کنیم، آب همچنان آب می ماند، اما اگر آن را روشن بگذاریم، به دلیلی که قبلاً در آنجا شناخته شده است، آب تبدیل به بخار می شود.

با توجه به این واقعیت که اجسام جامد حجم و شکل خود را حفظ می کنند، ما آنها را با دنیای خارج مرتبط می کنیم. اما اگر به دقت نگاه کنیم، متوجه می شویم که گازها و مایعات نیز بخش مهمی از دنیای فیزیکی را اشغال می کنند. به عنوان مثال، هوای اطراف ما از مخلوطی از گازها تشکیل شده است، که اصلی ترین آنها، نیتروژن، نیز می تواند مایع باشد - اما برای این کار باید تا دمای تقریبا منفی 200 درجه سانتیگراد خنک شود. اما عنصر اصلی یک معشوق معمولی - یک رشته تنگستن - می تواند ذوب شود، یعنی به مایع تبدیل شود، برعکس، فقط در دمای 3422 درجه سانتیگراد.

در دو پاراگراف قبلی، ساختار و خواص جامدات - کریستالی و آمورف را در نظر گرفتیم. اکنون به بررسی ساختار و خواص مایعات می پردازیم.

مشخصه مایع این است سیالیت- توانایی تغییر شکل در مدت زمان کوتاه تحت تأثیر نیروهای حتی کوچک.به همین دلیل، مایعات در جت ها می ریزند، در جریان ها جاری می شوند، شکل ظرفی را می گیرند که در آن ریخته می شوند.

توانایی تغییر شکل در مایعات مختلف به روش های مختلفی بیان می شود. به نقاشی نگاه کنید. تحت نیروی گرانش تقریباً مساوی، تغییر شکل عسل بیشتر از آب طول می کشد. بنابراین گفته می شود که این مواد نابرابر هستند ویسکوزیته:عسل بیشتر از آب دارد این به دلیل ساختار پیچیده نابرابر مولکول های آب و عسل است. آب از مولکول هایی تشکیل شده است که شبیه توپ های غده ای هستند، در حالی که عسل از مولکول هایی شبیه به شاخه های درخت تشکیل شده است. بنابراین، هنگامی که عسل حرکت می کند، "شاخه های" مولکول های آن به یکدیگر قلاب می شوند و به آن ویسکوزیته بیشتری نسبت به آب می دهند.

مهم: با تغییر شکل، مایع حجم خود را حفظ می کند.تجربه را در نظر بگیرید (شکل را ببینید). مایع موجود در بشر به شکل استوانه و حجم 300 میلی لیتر است. پس از ریختن در کاسه، مایع شکل صافی به خود گرفت، اما حجم قبلی خود را حفظ کرد: 300 میلی لیتر. این به دلیل جاذبه و دافعه ذرات آن است: به طور متوسط، آنها همچنان در فواصل مشابهی از یکدیگر نگه داشته می شوند.

یکی بیشتر ویژگی مشترک همه مایعات اطاعت آنها از قانون پاسکال است.در کلاس 7، ما آموختیم که ویژگی مایعات و گازها را برای انتقال فشار اعمال شده بر آنها در همه جهات توصیف می کند (به § 4-c مراجعه کنید). اکنون توجه می کنیم که مایعات چسبناک کمتر این کار را به سرعت انجام می دهند و مایعات چسبناک زمان زیادی می برد.

ساختار مایعاتدر نظریه سینتیک مولکولی اعتقاد بر این است که در مایعات، مانند اجسام آمورف، نظم دقیقی در چینش ذرات وجود ندارد، یعنی آنها به یک اندازه متراکم نیستند.شکاف ها اندازه های مختلفی دارند، از جمله به گونه ای که یک ذره دیگر می تواند در آنجا قرار بگیرد. این به آنها اجازه می دهد تا از مکان های "پرجمعیت" به مکان های آزادتر بپرند. پرش هر ذره مایع اغلب اتفاق می افتد: چندین میلیارد بار در ثانیه.

اگر مقداری نیروی خارجی بر مایع وارد شود (مثلاً گرانش)، حرکت و جهش ذرات عمدتاً در جهت عمل آن (پایین) رخ می دهد. این باعث می شود که مایع به شکل یک قطره دراز یا جت جاری درآید (شکل را ببینید). بنابراین، سیالیت مایعات با پرش ذرات آنها از یک موقعیت پایدار به موقعیت دیگر توضیح داده می شود.

جهش ذرات مایعات اغلب اتفاق می افتد، اما اغلب ذرات آنها، مانند جامدات، در یک مکان نوسان می کنند و پیوسته با یکدیگر تعامل دارند. بنابراین، حتی یک فشرده سازی کوچک مایع منجر به "سخت شدن" شدید برهمکنش ذرات می شود، که به معنای افزایش شدید فشار مایع بر روی دیواره های ظرفی است که در آن فشرده شده است. اینطور توضیح داده شده است انتقال فشار توسط مایعات، یعنی قانون پاسکال، و در عین حال، خاصیت مایعات برای مقاومت در برابر فشرده سازی، یعنی حفظ حجم.

توجه داشته باشید که حفظ حجم آن توسط یک مایع یک نمایش شرطی است. این بدان معنی است که در مقایسه با گازهایی که حتی با نیروی دست کودک به راحتی فشرده می شوند (مثلاً در بالون)، مایعات را می توان تراکم ناپذیر در نظر گرفت. با این حال، در عمق 10 کیلومتری اقیانوس جهانی، آب تحت فشار زیادی قرار دارد که هر کیلوگرم آب حجم آن را 5٪ کاهش می دهد - از 1 لیتر به 950 میلی لیتر. با استفاده از فشارهای بالا، مایعات را می توان حتی بیشتر فشرده کرد.

1. مدل ساختار جامدات. تغییر در حالت تجمع ماده. اجسام کریستالی خواص تک بلورها اجسام بی شکل

جامد حالتی از تجمع ماده است که با ثبات شکل و ماهیت حرکت اتم ها مشخص می شود که ارتعاشات کوچکی در اطراف موقعیت های تعادل ایجاد می کند.

در غیاب تأثیرات خارجی، یک بدن جامد شکل و حجم خود را حفظ می کند.

این با این واقعیت توضیح داده می شود که جاذبه بین اتم ها (یا مولکول ها) برای آنها بیشتر از مایعات (و حتی بیشتر برای گازها) است. کافی است اتم ها را نزدیک به موقعیت تعادل خود نگه دارید.

مولکول ها یا اتم های اکثر جامدات مانند یخ، نمک، الماس، فلزات به ترتیب خاصی چیده شده اند. چنین جامداتی نامیده می شوند کریستالی . اگرچه ذرات این اجسام در حال حرکت هستند، اما این حرکات نوساناتی در اطراف نقاط خاصی (موقعیت تعادل) هستند. ذرات نمی توانند از این نقاط دورتر حرکت کنند، بنابراین جامد شکل و حجم خود را حفظ می کند.

علاوه بر این، برخلاف مایعات، نقاط تعادل اتم ها یا یون های یک جامد که به هم متصل هستند، در رئوس یک شبکه فضایی منظم قرار دارند که به آن می گویند. کریستالی

موقعیت های تعادلی که ارتعاشات حرارتی ذرات در آن رخ می دهد نامیده می شوند گره های شبکه کریستالی

تک کریستال- جسم جامدی که ذرات آن یک شبکه تک بلوری (تک کریستال) را تشکیل می دهند.

یکی از خواص اصلی تک بلورها که در آن با مایعات و گازها تفاوت دارند، این است ناهمسانگردیخواص فیزیکی آنها زیر ناهمسانگردی به عنوان وابستگی خواص فیزیکی به جهت در یک کریستال درک می شود . خواص مکانیکی ناهمسانگرد (به عنوان مثال، مشخص است که لایه لایه شدن میکا در یک جهت آسان است و در یک جهت عمود بسیار دشوار است)، خواص الکتریکی (رسانایی الکتریکی بسیاری از کریستال ها به جهت بستگی دارد)، خواص نوری (پدیده دوشکستگی، و دو رنگی - ناهمسانگردی جذب؛ بنابراین، برای مثال، یک کریستال تورمالین به رنگ های مختلف - سبز و قهوه ای، بسته به اینکه از کدام طرف به آن نگاه می کنید، "رنگ آمیزی" می شود.

پلی کریستال- یک جسم جامد متشکل از تک کریستال های تصادفی جهت دار. بیشتر مواد جامدی که ما در زندگی روزمره با آنها سروکار داریم پلی کریستالی هستند - نمک، شکر، محصولات فلزی مختلف. جهت گیری تصادفی میکروکریستال های رشد یافته که از آنها تشکیل شده اند منجر به ناپدید شدن ناهمسانگردی خواص می شود.

اجسام کریستالی نقطه ذوب خاصی دارند.

اجسام بی شکلاجسام آمورف علاوه بر کریستالی، جامدات نیز نامیده می شوند. آمورف در زبان یونانی به معنای "بی شکل" است.

اجسام آمورف- این اجسام جامد هستند که با آرایش نامنظم ذرات در فضا مشخص می شوند.

در این اجسام، مولکول‌ها (یا اتم‌ها) حول نقاطی که به‌طور تصادفی واقع شده‌اند در نوسان هستند و مانند مولکول‌های مایع، زمان معینی از زندگی ساکن دارند. اما، بر خلاف مایعات، زمان بسیار طولانی دارند.

اجسام آمورف شامل شیشه، کهربا، رزین های مختلف دیگر و پلاستیک است. اگرچه این اجسام در دمای اتاق شکل خود را حفظ می کنند، اما با افزایش دما، به تدریج نرم می شوند و مانند مایعات شروع به جریان می کنند: اجسام آمورف دما و نقطه ذوب معینی ندارند.

از این نظر آنها با اجسام کریستالی متفاوت هستند، که با افزایش دما، به تدریج به حالت مایع نمی روند، بلکه به طور ناگهانی (در دمای کاملاً مشخص - نقطه ذوب).

تمام اجسام بی شکل همسانگرد،یعنی خواص فیزیکی یکسانی در جهات مختلف دارند. در هنگام برخورد، آنها مانند اجسام جامد رفتار می کنند - آنها شکافته می شوند و با ضربه بسیار طولانی - جریان می یابند.

در حال حاضر، مواد زیادی در حالت آمورف وجود دارد که با روش های مصنوعی مانند نیمه هادی های آمورف و شیشه ای، مواد مغناطیسی و حتی فلزات به دست می آیند.

2. پراکندگی نور. انواع طیف. طیف نگار و طیف سنجی. تحلیل طیفی انواع تشعشعات الکترومغناطیسی و کاربرد آنها در حمل و نقل ریلی.

پرتوی از نور سفید که از یک منشور سه وجهی می گذرد، نه تنها منحرف می شود، بلکه به پرتوهای رنگی جزء تجزیه می شود.
این پدیده توسط اسحاق نیوتن با انجام یک سری آزمایشات ایجاد شد.

ساختار گازها، مایعات و جامدات. ویژگی های ساختار راه حل ها. مفهوم "میدان واکنشی"
تئوری ساختار مایعات: مقایسه با ساختار گازها و جامدات ساختار (ساختار) مایعات. ساختار مایعات در حال حاضر موضوع مطالعه دقیق شیمیدانان فیزیک است. برای تحقیق در این راستا از مدرن ترین روش ها از جمله طیفی (IR، NMR، پراکندگی نور با طول موج های مختلف)، پراکندگی اشعه ایکس، روش های محاسبه مکانیک کوانتومی و آماری و ... استفاده می شود. تئوری مایعات بسیار کمتر از گازها توسعه یافته است، زیرا خواص مایعات به هندسه و قطبیت مولکول های نزدیک به هم بستگی دارد. علاوه بر این، فقدان ساختار مشخصی از مایعات، رسمی کردن توصیف آنها را دشوار می کند - در اکثر کتاب های درسی، مایعات فضای بسیار کمتری نسبت به گازها و جامدات کریستالی دارند. ویژگی های هر یک از سه حالت مجموع ماده: جامد، مایع و گاز چیست؟ (جدول)
1) جامد: بدن حجم و شکل خود را حفظ می کند
2) مایعات حجم را حفظ می کنند اما به راحتی شکل خود را تغییر می دهند.
3) گاز نه شکل دارد و نه حجم.

این حالت های یک ماده نه در نوع مولکول ها (یکسان است) بلکه در نحوه قرارگیری و حرکت مولکول ها متفاوت است.
1) در گازها، فاصله بین مولکول ها بسیار بیشتر از اندازه خود مولکول ها است.
2) مولکول های مایع در فواصل طولانی از هم جدا نمی شوند و مایع در شرایط عادی حجم خود را حفظ می کند.
3) ذرات اجسام جامد به ترتیب خاصی چیده شده اند. هر یک از ذرات در اطراف نقطه خاصی از شبکه کریستالی مانند آونگ ساعت حرکت می کند، یعنی نوسان می کند.
هنگامی که دما کاهش می یابد، مایعات جامد می شوند و هنگامی که از نقطه جوش بالاتر می روند، به حالت گازی تبدیل می شوند. این واقعیت به تنهایی نشان می دهد که مایعات یک موقعیت میانی بین گازها و جامدات را اشغال می کنند که با هر دو متفاوت است. با این حال، مایع شباهت هایی با هر یک از این حالت ها دارد.
دمایی وجود دارد که در آن مرز بین گاز و مایع به طور کامل ناپدید می شود. این به اصطلاح نقطه بحرانی است. برای هر گاز، دمایی مشخص است که در بالای آن در هیچ فشاری نمی تواند مایع باشد. در این دمای بحرانی، مرز (منیسک) بین مایع و بخار اشباع آن ناپدید می شود. وجود دمای بحرانی ("نقطه جوش مطلق") توسط DIMendeleev در سال 1860 ایجاد شد. دومین خاصیتی که مایعات و گازها را متحد می کند همسانگردی است. یعنی در نگاه اول می توان فرض کرد که مایعات به گازها نزدیکتر هستند تا کریستال ها. درست مانند گازها، مایعات همسانگرد هستند، یعنی. خواص آنها در همه جهات یکسان است. برعکس، کریستال ها ناهمسانگرد هستند: ضریب شکست، تراکم پذیری، استحکام و بسیاری دیگر از خواص کریستال ها در جهات مختلف متفاوت است. مواد کریستالی جامد ساختار منظمی با عناصر تکرار شونده دارند که مطالعه آنها را با پراش پرتو ایکس ممکن می سازد (روش تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس از سال 1912 استفاده می شود).

مایعات و گازها چه چیزی مشترک دارند؟
الف) ایزوتروپیک خواص یک مایع، مانند گازها، در همه جهات یکسان است، یعنی. بر خلاف کریستال ها که ناهمسانگرد هستند، همسانگرد هستند.
ب) مایعات نیز مانند گازها شکل مشخصی ندارند و به شکل ظرف (ویسکوزیته کم و سیالیت زیاد) می باشند.
مولکول ها و مایعات و گازها حرکت نسبتاً آزادانه ای دارند و با یکدیگر برخورد می کنند. قبلاً اعتقاد بر این بود که در حجم اشغال شده توسط مایع، هر فاصله ای بیش از مجموع شعاع آنها به همان اندازه محتمل فرض می شد، یعنی. تمایل به آرایش منظم مولکول ها رد شد. بنابراین تا حدی مایعات و گازها با کریستال ها مخالف بودند.
با پیشرفت تحقیقات، تعداد فزاینده ای از حقایق به وجود شباهت هایی بین ساختار مایعات و جامدات اشاره می کند. به عنوان مثال، مقادیر ظرفیت های حرارتی و ضرایب تراکم پذیری، به ویژه در نزدیکی نقطه ذوب، عملاً با یکدیگر مطابقت دارند، در حالی که این مقادیر برای مایع و گاز به شدت متفاوت است.
قبلاً از این مثال می توان نتیجه گرفت که تصویر حرکت حرارتی در مایعات در دمای نزدیک به دمای انجماد شبیه حرکت حرارتی در جامدات است و نه در گازها. در کنار این، می توان به چنین تفاوت های قابل توجهی بین حالت های گازی و مایع ماده نیز اشاره کرد. در گازها، مولکول ها به صورت کاملا تصادفی در فضا توزیع می شوند، یعنی. دومی نمونه ای از آموزش بدون ساختار در نظر گرفته می شود. مایع هنوز ساختار خاصی دارد. این به طور تجربی توسط پراش اشعه ایکس تأیید می شود که حداقل یک حداکثر واضح را نشان می دهد. ساختار یک مایع نحوه توزیع مولکول های آن در فضا است. جدول شباهت ها و تفاوت های بین حالت گاز و مایع را نشان می دهد.
فاز گاز فاز مایع
1. فاصله بین مولکولهای l معمولاً (برای فشارهای پایین) بسیار بزرگتر از شعاع مولکول r است: l  r ; عملاً کل حجم V اشغال شده توسط گاز حجم آزاد است. در فاز مایع، برعکس، l 2. میانگین انرژی جنبشی ذرات، برابر با 3/2kT، از انرژی پتانسیل U برهمکنش بین مولکولی آنها بیشتر است، انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها از میانگین بیشتر است. انرژی جنبشی حرکت آنها: U3/2 kT
3. ذرات در طول حرکت انتقالی خود با هم برخورد می کنند، ضریب فرکانس برخورد به جرم ذرات، اندازه و دمای آنها بستگی دارد.هر ذره در قفسی که توسط مولکول های اطراف آن ایجاد شده است، نوسان می کند. دامنه نوسان a به حجم آزاد بستگی دارد، a  (Vf/L) 1/3
4. انتشار ذرات در نتیجه حرکت انتقالی آنها اتفاق می افتد، ضریب انتشار D 0.1 - 1 cm2 / s (p  105 Pa) و به فشار گاز بستگی دارد.
(D  p-1) انتشار در نتیجه پرش یک ذره از یک سلول به سلول دیگر با انرژی فعال سازی ED رخ می دهد.
D  e-ED/RT در مایعات غیر چسبناک
D  0.3 - 3 سانتی متر مربع در روز.
5. ذره آزادانه می چرخد، فرکانس چرخش r تنها با ممان های اینرسی ذره و دما تعیین می شود، فرکانس چرخش r T1/2 Er/RT.
با این حال، حالت مایع در تعدادی از شاخص های مهم (شبه بلورینگی) به حالت جامد نزدیک است. انباشت حقایق تجربی نشان داد که مایعات و بلورها اشتراکات زیادی دارند. مطالعات فیزیکی و شیمیایی تک تک مایعات نشان داده است که تقریباً همه آنها دارای برخی از عناصر ساختار بلوری هستند.
اولاً، فواصل بین مولکولی در یک مایع به فاصله یک جامد نزدیک است. این با این واقعیت ثابت می شود که در طول ذوب دومی، حجم ماده به طور ناچیز تغییر می کند (معمولاً بیش از 10٪ افزایش نمی یابد). ثانیاً، انرژی برهمکنش بین مولکولی در مایع و جامد تفاوت ناچیزی دارد. این از این واقعیت ناشی می شود که گرمای همجوشی بسیار کمتر از گرمای تبخیر است. برای مثال، برای آب Hpl= 6 kJ/mol و Hsp= 45 kJ/mol. برای بنزن Hpl = 11 kJ/mol و Htest = 48 kJ/mol.
ثالثاً، ظرفیت گرمایی یک ماده در حین ذوب بسیار کمی تغییر می کند، یعنی. برای هر دوی این ایالت ها نزدیک است. از این رو نتیجه می شود که ماهیت حرکت ذرات در مایع نزدیک به حرکت یک جامد است. چهارم، مایع مانند جسم جامد می تواند نیروهای کششی زیادی را بدون شکستگی تحمل کند.
تفاوت بین مایع و جامد در سیالیت است: یک جامد شکل خود را حفظ می کند، یک مایع به راحتی آن را حتی تحت تأثیر یک تلاش کوچک تغییر می دهد. این ویژگی‌ها از ویژگی‌های ساختار مایع مانند برهمکنش بین مولکولی قوی، نظم کوتاه برد در آرایش مولکول‌ها و توانایی مولکول‌ها برای تغییر موقعیت نسبتاً سریع ناشی می‌شوند. هنگامی که یک مایع از نقطه انجماد تا نقطه جوش گرم می شود، خواص آن به آرامی تغییر می کند، با گرم شدن، شباهت های آن با گاز به تدریج افزایش می یابد.
هر یک از ما می توانیم بسیاری از موادی را که به عنوان مایع در نظر می گیرد به راحتی به یاد بیاوریم. با این حال، ارائه یک تعریف دقیق از این حالت ماده چندان آسان نیست، زیرا مایعات دارای چنان خواص فیزیکی هستند که از برخی جهات شبیه جامدات و در برخی دیگر شبیه گازها هستند. شباهت بین مایعات و جامدات در مواد شیشه ای بارزتر است. انتقال آنها از جامد به مایع با افزایش دما به تدریج اتفاق می افتد و نه به عنوان نقطه ذوب مشخص، آنها به سادگی نرم و نرم تر می شوند، به طوری که نمی توان مشخص کرد که در کدام محدوده دمایی باید آنها را جامد نامید و در کدام مایعات. فقط می توان گفت که ویسکوزیته یک ماده شیشه ای در حالت مایع کمتر از حالت جامد است. بنابراین شیشه های جامد اغلب به عنوان مایعات فوق خنک شناخته می شوند. ظاهراً مشخصه ترین خاصیت مایعات که آنها را از جامدات متمایز می کند ویسکوزیته کم است. سیالیت بالا به لطف او، آنها شکل ظرفی را می گیرند که در آن ریخته می شوند. در سطح مولکولی، سیالیت بالا به معنای آزادی نسبتاً زیاد ذرات سیال است. در این حالت، مایعات شبیه گازها هستند، اگرچه نیروهای برهمکنش بین مولکولی مایعات بیشتر است، اما مولکول ها در حرکت خود نزدیک تر و محدودتر هستند.
آنچه گفته شد را می توان به روش دیگری - از نقطه نظر ایده نظم دوربرد و کوتاه برد - نزدیک کرد. نظم دوربرد در جامدات کریستالی وجود دارد که اتم‌های آن‌ها به‌صورت کاملاً مرتبی مرتب شده‌اند و ساختارهای سه‌بعدی را تشکیل می‌دهند که می‌توان با تکرار مکرر سلول واحد به دست آورد. هیچ سفارش دوربردی در مایع و شیشه وجود ندارد. اما این بدان معنا نیست که آنها اصلاً سفارش داده نمی شوند. تعداد نزدیک‌ترین همسایگان برای همه اتم‌ها تقریباً یکسان است، اما آرایش اتم‌ها با دور شدن از هر موقعیت انتخابی بیش از پیش آشفته‌تر می‌شود. بنابراین، نظم فقط در فواصل کوچک وجود دارد، از این رو نام: نظم کوتاه برد. توصیف ریاضی کافی از ساختار یک مایع تنها با کمک فیزیک آماری قابل ارائه است. به عنوان مثال، اگر یک مایع از مولکول های کروی یکسان تشکیل شده باشد، ساختار آن را می توان با تابع توزیع شعاعی g(r) توصیف کرد، که احتمال یافتن هر مولکولی در فاصله r از مولکول داده شده را می دهد، که به عنوان نقطه مرجع انتخاب شده است. . به طور تجربی، این تابع را می توان با مطالعه پراش پرتوهای ایکس یا نوترون ها پیدا کرد و با ظهور رایانه های پرسرعت، بر اساس داده های موجود در مورد ماهیت نیروهایی که بین آنها اعمال می شود، با شبیه سازی رایانه ای محاسبه شد. مولکول ها، یا بر اساس فرضیات در مورد این نیروها، و همچنین در مورد قوانین مکانیک نیوتنی. با مقایسه توابع توزیع شعاعی به دست آمده از نظر تئوری و تجربی، می توان صحت مفروضات مربوط به ماهیت نیروهای بین مولکولی را تأیید کرد.
در مواد آلی، که مولکول های آنها شکل کشیده ای دارند، در یک یا آن محدوده دمایی، گاهی اوقات مناطقی از فاز مایع با نظم جهت گیری دوربرد یافت می شود که خود را در تمایل به تراز موازی محورهای بلند نشان می دهد. مولکول ها در این حالت، ترتیب جهتی می تواند با ترتیب هماهنگی مراکز مولکولی همراه باشد. فازهای مایع این نوع معمولاً به عنوان کریستال مایع شناخته می شوند. حالت کریستالی مایع، حد واسط بین کریستالی و مایع است. بلورهای مایع دارای سیالیت و ناهمسانگردی (نوری، الکتریکی، مغناطیسی) هستند. گاهی اوقات به دلیل عدم وجود نظم دوربرد به این حالت مزومورفیک (مزوفاز) می گویند. حد بالای وجود، دمای روشنایی (مایع همسانگرد) است. FAهای ترموتروپ (مزوژنیک) بالاتر از دمای معینی وجود دارند. سیانوبی فنیل های معمولی هستند. لیوتروپیک - هنگامی که حل می شود، به عنوان مثال، محلول های آبی صابون، پلی پپتیدها، لیپیدها، DNA. مطالعه کریستال‌های مایع (مزوفاز - ذوب در دو مرحله - مذاب کدر، سپس شفاف، انتقال از فاز کریستالی به مایع از طریق یک فرم میانی با خواص نوری ناهمسانگرد) برای اهداف فناوری - نشان‌دهنده کریستال مایع مهم است.
مولکول های یک گاز به طور تصادفی (تصادفی) حرکت می کنند. در گازها، فاصله بین اتم ها یا مولکول ها به طور متوسط ​​چندین برابر بزرگتر از اندازه خود مولکول ها است. مولکول های یک گاز با سرعت بالا (صدها متر بر ثانیه) حرکت می کنند. با برخورد، آنها مانند توپ های کاملاً الاستیک از یکدیگر جهش می کنند و مقدار و جهت سرعت ها را تغییر می دهند. در فواصل زیاد بین مولکول ها، نیروهای جاذبه اندک بوده و قادر به نگه داشتن مولکول های گاز در کنار یکدیگر نیستند. بنابراین، گازها می توانند به طور نامحدود منبسط شوند. گازها به راحتی فشرده می شوند، فاصله متوسط ​​بین مولکول ها کاهش می یابد، اما همچنان از نظر اندازه بزرگ باقی می مانند. گازها شکل و حجم خود را حفظ نمی کنند، حجم و شکل آنها با حجم و شکل ظرفی که پر می کنند مطابقت دارد. تاثیرات متعدد مولکول ها بر دیواره های ظرف باعث ایجاد فشار گاز می شود.
اتم‌ها و مولکول‌های جامد در اطراف موقعیت‌های تعادلی خاصی ارتعاش می‌کنند. بنابراین، جامدات هم حجم و هم شکل را حفظ می کنند. اگر به طور ذهنی مراکز موقعیت های تعادل اتم ها یا یون های یک جسم جامد را به هم وصل کنید، یک شبکه کریستالی به دست می آورید.
مولکول های یک مایع تقریباً نزدیک به یکدیگر قرار دارند. بنابراین، مایعات بسیار ضعیف تراکم می شوند و حجم خود را حفظ می کنند. مولکول های یک مایع در اطراف موقعیت تعادل به ارتعاش در می آیند. هر از گاهی، مولکول از یک حالت ته نشین شده به حالت دیگر انتقال می یابد، به عنوان یک قاعده، در جهت عمل یک نیروی خارجی. زمان ته نشین شدن مولکول کم است و با افزایش دما کاهش می یابد و زمان انتقال مولکول به حالت ته نشینی جدید حتی کوتاهتر می شود. بنابراین، مایعات سیال هستند، شکل خود را حفظ نمی کنند و شکل ظرفی را می گیرند که در آن ریخته می شوند.

نظریه جنبشی مایعات نظریه جنبشی مایعات که توسط Ya.I. Frenkel ارائه شده است، مایع را به عنوان یک سیستم دینامیکی از ذرات در نظر می گیرد که تا حدی شبیه به حالت کریستالی است. در دماهای نزدیک به نقطه ذوب، حرکت حرارتی در مایع عمدتاً به نوسانات هارمونیک ذرات در اطراف موقعیت‌های تعادل متوسط ​​معین کاهش می‌یابد. برخلاف حالت کریستالی، این موقعیت‌های تعادلی مولکول‌ها در یک مایع برای هر مولکول موقتی است. پس از نوسان در اطراف یک موقعیت تعادل برای مدتی t، مولکول به موقعیت جدیدی که در همسایگی قرار دارد می پرد. چنین جهشی با مصرف انرژی U رخ می دهد، بنابراین زمان "عمر ته نشین" t به دما بستگی دارد: t = t0 eU/RT، که در آن t0 دوره یک نوسان در اطراف موقعیت تعادل است. برای آب در دمای اتاق t » 10-10s، t0 = 1.4 x 10-12s، یعنی یک مولکول با داشتن حدود 100 ارتعاش، به موقعیت جدیدی می پرد، جایی که به نوسان خود ادامه می دهد. از داده های مربوط به پراکندگی پرتوهای ایکس و نوترون ها، می توان تابع چگالی توزیع ذرات  را بسته به فاصله r از یک ذره که به عنوان مرکز انتخاب شده است، محاسبه کرد. در حضور نظم دوربرد در یک جامد کریستالی، تابع (r) دارای تعدادی ماکزیمم و حداقل متمایز است. به دلیل تحرک بالای ذرات، فقط نظم کوتاه برد در مایع حفظ می شود. این به وضوح از الگوهای اشعه ایکس مایعات به دست می آید: تابع (r) برای یک مایع دارای یک ماکزیمم اول واضح، یک ثانیه منتشر و سپس (r) = const است. نظریه جنبشی ذوب را به شرح زیر توصیف می کند. در شبکه کریستالی یک جامد، همیشه تعداد کمی جای خالی (سوراخ) وجود دارد که به آرامی در اطراف کریستال پرسه می زنند. هر چه دما به دمای ذوب نزدیک‌تر باشد، غلظت «سوراخ‌ها» بیشتر می‌شود و سریع‌تر در نمونه حرکت می‌کنند. در نقطه ذوب، تشکیل "حفره ها" شخصیت تعاونی بهمن مانندی پیدا می کند، سیستم ذرات پویا می شود، نظم دوربرد ناپدید می شود و سیالیت ظاهر می شود. نقش تعیین کننده در ذوب با تشکیل حجم آزاد در مایع است که باعث سیال شدن سیستم می شود. مهمترین تفاوت بین یک جسم کریستالی مایع و یک جامد در این است که در مایع یک حجم آزاد وجود دارد که بخش قابل توجهی از آن دارای نوسانات ("سوراخ") است که سرگردانی آن در میان مایع چنین نوساناتی را به آن می دهد. کیفیت مشخصه به عنوان سیال بودن. تعداد چنین "سوراخ"، حجم و تحرک آنها به دما بستگی دارد. در دمای پایین، مایع در صورتی که به جسم کریستالی تبدیل نشده باشد، به دلیل کاهش حجم و تحرک «سوراخ ها» به یک جامد بی شکل با سیالیت بسیار کم تبدیل می شود. همراه با نظریه جنبشی، تئوری آماری مایعات با موفقیت در دهه های اخیر توسعه یافته است.

ساختار یخ و آب. مهمترین و رایج ترین مایع در شرایط عادی آب است. این رایج ترین مولکول روی زمین است! این یک حلال عالی است. به عنوان مثال، تمام مایعات بیولوژیکی حاوی آب هستند. آب هم مواد معدنی (نمک ها، اسیدها، بازها) و هم مواد آلی (الکل ها، قندها، اسیدهای کربوکسیلیک، آمین ها) را حل می کند. ساختار این مایع چگونه است؟ ما دوباره باید به موضوعی که در سخنرانی اول در نظر گرفتیم بازگردیم، یعنی به تعامل بین مولکولی خاصی مانند پیوند هیدروژنی. آب، چه به صورت مایع و چه به صورت کریستالی، دقیقاً به دلیل وجود پیوندهای هیدروژنی زیاد، خواص غیرعادی از خود نشان می دهد. این خواص غیرعادی چیست: نقطه جوش بالا، نقطه ذوب بالا و آنتالپی تبخیر بالا. بیایید ابتدا به نمودار، سپس به جدول و سپس به نمودار پیوند هیدروژنی بین دو مولکول آب نگاه کنیم. در واقع، هر مولکول آب 4 مولکول آب دیگر را در اطراف خود هماهنگ می کند: دو مولکول به دلیل اکسیژن، به عنوان دهنده دو جفت الکترون تنها به دو هیدروژن پروتونیزه شده، و دو مولکول به دلیل هماهنگی هیدروژن های پروتونی شده با اکسیژن سایر مولکول های آب. در سخنرانی قبلی، یک اسلاید با نمودارهایی از نقطه ذوب، نقطه جوش و آنتالپی تبخیر هیدریدهای گروه VI بسته به دوره به شما نشان دادم. این وابستگی ها یک ناهنجاری واضح برای هیدرید اکسیژن دارند. همه این پارامترها برای آب به طور قابل توجهی بالاتر از پارامترهای پیش بینی شده از وابستگی تقریبا خطی برای هیدریدهای زیر گوگرد، سلنیوم و تلوریم هستند. ما این را با وجود پیوند هیدروژنی بین هیدروژن پروتونیزه و گیرنده چگالی الکترون، اکسیژن توضیح دادیم. پیوند هیدروژنی با موفقیت با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز ارتعاشی مورد مطالعه قرار گرفته است. گروه آزاد OH دارای یک انرژی ارتعاشی مشخص است که باعث می شود پیوند OH به طور متناوب طولانی و کوتاه شود و یک نوار مشخصه در طیف جذب مادون قرمز مولکول ایجاد کند. با این حال، اگر گروه OH در یک پیوند هیدروژنی شرکت کند، اتم هیدروژن توسط اتم‌های هر دو طرف محدود می‌شود و در نتیجه ارتعاش آن "میرا" شده و فرکانس کاهش می‌یابد. جدول زیر نشان می دهد که افزایش قدرت و "تمرکز" پیوند هیدروژنی منجر به کاهش فرکانس جذب می شود. در شکل، منحنی 1 مربوط به حداکثر طیف جذب مادون قرمز گروه‌های O-H در یخ است (جایی که همه پیوندهای H به هم متصل هستند). منحنی 2 مربوط به حداکثر طیف جذب مادون قرمز گروه های O-H از مولکول های منفرد H2O حل شده در CCl4 است (جایی که پیوند H وجود ندارد - محلول H2O در CCl4 بسیار رقیق است). و منحنی 3 مربوط به طیف جذب آب مایع است. اگر دو نوع گروه O-H در آب مایع وجود داشت - آنهایی که پیوندهای هیدروژنی تشکیل می دهند و آنهایی که آنها را تشکیل نمی دهند - و فقط گروه های O-H در آب به همان شکل (با همان فرکانس) مانند یخ (محل تشکیل آنها) ارتعاش می کردند. پیوندهای H) و دیگران - مانند محیط CCl4 (جایی که پیوندهای H را تشکیل نمی دهند). سپس طیف آب دو ماکزیمم خواهد داشت که مربوط به دو حالت گروه O-H است، دو فرکانس ارتعاشی مشخصه آنها: این گروه با چه فرکانسی ارتعاش می کند، با این فرکانس نور را جذب می کند. اما تصویر "دو حداکثر" رعایت نمی شود! در عوض، در منحنی 3 ما یک حداکثر تار را می بینیم که از حداکثر منحنی 1 تا حداکثر منحنی 2 گسترش می یابد. این بدان معنی است که همه گروه های O-H در آب مایع پیوند هیدروژنی ایجاد می کنند - اما همه این پیوندها انرژی متفاوتی دارند. شل» (انرژی متفاوتی دارند)، و به طرق مختلف. این نشان می دهد که تصویری که در آن برخی از پیوندهای هیدروژنی در آب شکسته شده و برخی باقی مانده اند، به طور دقیق، نادرست است. با این حال، آنقدر ساده و راحت برای توصیف خواص ترمودینامیکی آب است که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد - و ما نیز به آن اشاره خواهیم کرد. اما به خاطر داشته باشید که کاملاً دقیق نیست.
بنابراین، طیف‌سنجی IR یک روش قدرتمند برای مطالعه پیوند هیدروژنی است و داده‌های زیادی در مورد ساختار مایعات و جامدات مرتبط با آن با استفاده از این روش طیفی به‌دست آمده است. در نتیجه، برای آب مایع مدل یخ مانند (مدل O.Ya. Samoilov) یکی از شناخته شده ترین ها است. بر اساس این مدل، آب مایع دارای یک چارچوب چهار وجهی یخ مانند است که توسط حرکت حرارتی مختل می شود (شواهد و پیامد حرکت حرارتی حرکت براونی است که اولین بار توسط گیاه شناس انگلیسی رابرت براون در سال 1827 روی گرده ها زیر میکروسکوپ مشاهده شد) یخ- مانند چارچوب چهار وجهی (هر مولکول آب در یک کریستال یخ با پیوندهای هیدروژنی با انرژی کاهش یافته در مقایسه با پیوندهای هیدروژنی "شل" در یخ به هم متصل می شود) که چهار مولکول آب آن را احاطه کرده است)، فضای خالی این قاب تا حدی با آب پر شده است. مولکول ها و مولکول های آب واقع در حفره ها و گره های کاراکاس یخ مانند از نظر انرژی نابرابر هستند.

برخلاف آب، در یک کریستال یخ در گره های شبکه کریستالی مولکول های آب با انرژی برابر وجود دارد و آنها فقط می توانند حرکات نوسانی را انجام دهند. در چنین کریستالی، هر دو نوع برد کوتاه و دوربرد وجود دارد. در آب مایع (مانند مایع قطبی)، برخی از عناصر ساختار کریستالی حفظ می شوند (علاوه بر این، حتی در فاز گاز، مولکول های مایع به خوشه های کوچک ناپایدار مرتب می شوند)، اما نظم دوربردی وجود ندارد. بنابراین، ساختار یک مایع با ساختار یک گاز در حضور نظم کوتاه برد متفاوت است، اما با ساختار یک کریستال در غیاب نظم دوربرد متفاوت است. متقاعد کننده ترین شواهد این موضوع، مطالعه پراکندگی اشعه ایکس است. سه همسایه از هر مولکول در آب مایع در یک لایه قرار دارند و در فاصله بیشتری از آن (0.294 نانومتر) نسبت به مولکول چهارم از لایه همسایه (0.276 نانومتر) قرار دارند. هر مولکول آب در ترکیب چارچوب یخ مانند یک پیوند متقارن آینه ای (قوی) و سه پیوند متقارن مرکزی (کمتر قوی) را تشکیل می دهد. اولی مربوط به پیوندهای بین مولکول های آب یک لایه معین و لایه های همسایه است، بقیه به پیوند بین مولکول های آب یک لایه مربوط می شود. بنابراین، یک چهارم تمام پیوندها متقارن آینه ای و سه چهارم متقارن مرکزی هستند. مفهوم محیط چهار وجهی مولکول های آب به این نتیجه رسید که ساختار آن بسیار باز است و در آن حفره هایی وجود دارد که ابعاد آنها مساوی یا بزرگتر از ابعاد مولکول های آب است.

عناصر ساختار آب مایع. الف - چهار وجهی آب ابتدایی (دایره های نور - اتم های اکسیژن، نیمه های سیاه - موقعیت های احتمالی پروتون ها روی پیوند هیدروژنی)؛ ب - آرایش متقارن آینه ای چهار وجهی. ج - ترتیب متقارن مرکزی؛ د - قرار گرفتن مراکز اکسیژن در ساختار یخ معمولی. آب با نیروهای قابل توجهی از برهمکنش بین مولکولی به دلیل پیوندهای هیدروژنی، که یک شبکه فضایی را تشکیل می دهد، مشخص می شود. همانطور که در سخنرانی قبلی گفتیم، پیوند هیدروژن به دلیل توانایی یک اتم هیدروژن متصل به یک عنصر الکترونگاتیو برای ایجاد پیوند اضافی با یک اتم الکترونگاتیو یک مولکول دیگر است. پیوند هیدروژنی نسبتاً قوی است و به 20-30 کیلوژول در هر مول می رسد. از نظر استحکام، یک مکان میانی بین انرژی واندروالس و انرژی یک پیوند معمولی یونی را اشغال می کند. در یک مولکول آب، انرژی پیوند شیمیایی H-O 456 کیلوژول بر مول و انرژی پیوند هیدروژنی H…O 21 کیلوژول بر مول است.

ترکیبات هیدروژنی
وزن مولکولی دما،  С
جوش انجماد
H2Te 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
H2O 18 0! +100

ساختار یخی. یخ معمولی خط نقطه چین - پیوندهای H. حفره های کوچک احاطه شده توسط مولکول های H2O در ساختار روباز یخ قابل مشاهده است.
بنابراین، ساختار یخ یک ساختار روباز از مولکول های آب است که فقط با پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل می شوند. محل مولکول های آب در ساختار یخ وجود کانال های عریض در ساختار را تعیین می کند. در حین ذوب یخ، مولکول های آب به داخل این کانال ها می افتند که افزایش چگالی آب در مقایسه با چگالی یخ را توضیح می دهد. بلورهای یخ به شکل صفحات شش ضلعی منظم، جداسازی های جدولی و رشدهای درونی با شکل پیچیده ایجاد می شوند. ساختار یخ معمولی توسط پیوندهای H تعیین می شود: برای هندسه این پیوندها خوب است (O-H مستقیماً به O نگاه می کند)، اما برای تماس تنگ واندروالسی مولکول های H2O خیلی خوب نیست. بنابراین، ساختار یخ روباز است، در آن مولکول های H2O منافذ میکروسکوپی (اندازه کمتر از یک مولکول H2O) را در بر می گیرند. ساختار روباز یخ منجر به دو اثر شناخته شده می شود: (1) چگالی یخ کمتر از آب است، در آن شناور است. و (2) تحت فشار قوی - برای مثال، تیغه های یک اسکیت یخ را ذوب می کند. بیشتر پیوندهای هیدروژنی موجود در یخ در آب مایع حفظ می شود. این امر ناشی از کوچکی گرمای ذوب یخ (80 کالری در گرم) در مقایسه با گرمای آب در حال جوش (600 کالری در گرم در دمای 0 درجه سانتیگراد) است. می توان گفت که تنها 80/(600+80) = 12 درصد از پیوندهای H موجود در یخ در آب مایع می شکند. با این حال، این تصویر - که برخی از پیوندهای هیدروژنی در آب شکسته شده اند، و برخی حفظ شده اند - کاملاً دقیق نیست: بلکه همه پیوندهای هیدروژنی در آب شل می شوند. این به خوبی با داده های تجربی زیر نشان داده شده است.

ساختار راه حل ها از مثال های خاص برای آب، اجازه دهید به مایعات دیگر برویم. مایعات مختلف از نظر اندازه مولکول ها و ماهیت برهمکنش های بین مولکولی با یکدیگر متفاوت هستند. بنابراین، در هر مایع خاص ساختار شبه کریستالی خاصی وجود دارد که با نظم کوتاه برد مشخص می شود و تا حدی شبیه ساختاری است که هنگام یخ زدن مایع و تبدیل شدن به جامد به دست می آید. هنگام حل کردن یک ماده دیگر، به عنوان مثال. هنگامی که یک محلول تشکیل می شود، ماهیت برهمکنش های بین مولکولی تغییر می کند و ساختار جدیدی با آرایش متفاوتی از ذرات نسبت به حلال خالص ظاهر می شود. این ساختار به ترکیب محلول بستگی دارد و مختص هر محلول خاصی است. تشکیل محلول های مایع معمولاً با فرآیند حلالیت همراه است، یعنی. هم ترازی مولکول های حلال در اطراف مولکول های املاح به دلیل عمل نیروهای بین مولکولی. تمایز بین حلول نزدیک و دور، یعنی. در اطراف مولکول ها (ذرات) املاح، پوسته های حل شده اولیه و ثانویه تشکیل می شوند. در پوسته حلالیت اولیه، مولکول های حلال در مجاورت نزدیک قرار دارند که همراه با مولکول های املاح حرکت می کنند. تعداد مولکول های حلال در پوسته حلالیت اولیه، عدد هماهنگی حلالیت نامیده می شود که هم به ماهیت حلال و هم به ماهیت املاح بستگی دارد. ترکیب پوسته حلال‌پذیری ثانویه شامل مولکول‌های حلالی است که در فواصل بسیار بیشتری قرار دارند و به دلیل برهمکنش با پوسته حل‌پذیری اولیه، فرآیندهای رخ‌داده در محلول را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
هنگام در نظر گرفتن پایداری حلال‌ها، بین پایداری جنبشی و ترمودینامیکی تمایز قائل می‌شویم.
در محلول‌های آبی، ویژگی‌های کمی هیدراتاسیون جنبشی (O.Ya. Samoilov) مقادیر i /  و Ei = Ei-E است که در آن i و  میانگین زمان ماندگاری مولکول‌های آب در حالت تعادل است. موقعیت نزدیک به یون i و در آب خالص و Ei و E انرژی فعال سازی تبادل و انرژی فعال سازی فرآیند خود انتشار در آب هستند. این مقادیر با یک رابطه تقریبی به یکدیگر مرتبط هستند:
i/  exp(Ei/RT)
اگر EI  0، i/  1 (تبادل مولکول های آب نزدیک به یون کمتر از تبادل بین مولکول ها در آب خالص اتفاق می افتد) - هیدراتاسیون مثبت
اگر EI  0، i/  1 (تبادل مولکول های آب نزدیک به یون بیشتر (سریعتر) از تبادل بین مولکول ها در آب خالص اتفاق می افتد) - هیدراتاسیون منفی

بنابراین، برای یون لیتیوم EI = 1.7 kJ/mol، و برای یون سزیم Ei= - 1.4 kJ/mol، یعنی. یک یون لیتیوم «سخت» کوچک، مولکول‌های آب را قوی‌تر از یک یون سزیم بزرگ و «پراکنده» با همان بار نگه می‌دارد. پایداری ترمودینامیکی حلال‌های تشکیل‌شده با تغییر انرژی گیبس در حین حل‌شوندگی (solvG) = (solvH) - T(solvS) تعیین می‌شود. هر چه این مقدار منفی تر باشد، حلالیت پایدارتر است. اساساً این با مقادیر منفی آنتالپی حلالیت تعیین می شود.
مفهوم راه حل ها و تئوری های راه حل ها. محلول های واقعی به دلیل از بین رفتن پیوند بین ذرات یک نوع و تشکیل پیوندهایی از نوع دیگر و توزیع ماده در کل حجم به دلیل انتشار، خود به خود در تماس دو یا چند ماده به دست می آیند. محلول ها با توجه به خواصشان به دو دسته ایده آل و واقعی، محلول های الکترولیت و غیر الکترولیت، رقیق و غلیظ، غیر اشباع، اشباع و فوق اشباع تقسیم می شوند. خواص رستورها به ماهیت و بزرگی MMW بستگی دارد. این فعل و انفعالات می توانند ماهیت فیزیکی (نیروهای واندروالس) و ماهیت فیزیکوشیمیایی پیچیده (پیوند هیدروژنی، پیوند یون-مولکولی، کمپلکس های انتقال بار و غیره) داشته باشند. فرآیند تشکیل محلول با تجلی همزمان نیروهای جاذبه و دافعه بین ذرات برهم کنش مشخص می شود. در غیاب نیروهای دافعه، ذرات ادغام می‌شوند (به هم می‌چسبند) و مایعات می‌توانند به طور نامحدود فشرده شوند؛ در غیاب نیروهای جاذبه، به دست آوردن مایعات یا جامد غیرممکن خواهد بود. در سخنرانی قبلی به تئوری های فیزیکی و شیمیایی محلول ها پرداختیم.
با این حال، ایجاد یک نظریه یکپارچه راه حل ها با مشکلات قابل توجهی مواجه است و در حال حاضر هنوز ایجاد نشده است، اگرچه تحقیقات با استفاده از مدرن ترین روش های مکانیک کوانتومی، ترمودینامیک آماری و فیزیک، شیمی کریستال، پراش اشعه ایکس در حال انجام است. تجزیه و تحلیل، روش های نوری و روش های NMR. میدان واکنشی در ادامه بررسی نیروهای برهمکنش بین مولکولی، مفهوم "میدان واکنشی" را بررسی خواهیم کرد که برای درک ساختار و ساختار محیط های متراکم و گازهای واقعی، به ویژه حالت مایع، و در نتیجه کل آن مهم است. شیمی فیزیکی محلول های مایع
یک میدان واکنشی در مخلوطی از مولکول های قطبی و غیر قطبی، به عنوان مثال، برای مخلوط هیدروکربن ها و اسیدهای نفتنیک رخ می دهد. مولکول‌های قطبی با میدانی با تقارن معین (تقارن میدان با تقارن اوربیتال‌های مولکولی خالی مشخص می‌شود) و قدرت H روی مولکول‌های غیرقطبی عمل می‌کنند. دومی به دلیل جدا شدن بار، که منجر به ظهور (القاء) یک دوقطبی می شود، قطبی می شوند. یک مولکول با یک دوقطبی القایی به نوبه خود روی یک مولکول قطبی عمل می کند و میدان الکترومغناطیسی آن را تغییر می دهد. یک میدان واکنشی (پاسخ) را تحریک می کند. ظهور یک میدان واکنشی منجر به افزایش انرژی برهمکنش ذرات می شود که در ایجاد پوسته های حلالیت قوی برای مولکول های قطبی در مخلوطی از مولکول های قطبی و غیر قطبی بیان می شود.
انرژی میدان راکتیو طبق فرمول زیر محاسبه می شود:
علامت "-" - جذب مولکول ها را تعیین می کند
S - نفوذ پذیری الکتریسیته ساکن
 نامحدود گذردهی ناشی از قطبش پذیری الکترونیکی و اتمی مولکول ها است
NA - شماره آووگادرو
VM حجم اشغال شده توسط 1 مول از یک ماده قطبی در یک مایع همسانگرد v = گشتاور دوقطبی است.
ER انرژی 1 مول از یک ماده قطبی در محلول است
مفهوم "میدان واکنشی" به ما امکان می دهد ساختار مایعات و محلول های خالص را بهتر درک کنیم. رویکرد کوانتومی-شیمیایی برای مطالعه میدان واکنش در آثار M.V. L. Ya. Karpova بنابراین، مشکل حالت مایع در انتظار محققان جوان آن است. شما و کارت هایی که در دستان شماست.