तरल पदार्थों की आणविक संरचना की विशेषताएं

द्रव गुण और संरचना द्वारा व्याप्त है मध्यवर्ती स्थितिगैसों और क्रिस्टलीय ठोस के बीच। इसलिए, इसमें गैसीय और ठोस दोनों पदार्थों के गुण होते हैं। आणविक गतिज सिद्धांत में, किसी पदार्थ की विभिन्न समुच्चय अवस्थाएँ आणविक क्रम के विभिन्न अंशों से जुड़ी होती हैं। ठोस के लिए, तथाकथित लंबी दूरी का आदेशकणों की व्यवस्था में, अर्थात्। उनकी व्यवस्थित व्यवस्था, लंबी दूरी पर दोहराते हुए। तरल पदार्थ में, तथाकथित शॉर्ट रेंज ऑर्डरकणों की व्यवस्था में, अर्थात्। उनकी क्रमबद्ध व्यवस्था, दूरी पर दोहराई जाने वाली, अंतर-परमाणुओं के साथ तुलनीय है। क्रिस्टलीकरण तापमान के करीब तापमान पर, तरल संरचना एक ठोस के करीब होती है। उच्च तापमान पर, क्वथनांक के करीब, तरल की संरचना से मेल खाती है गैसीय अवस्था- लगभग सभी अणु अराजक तापीय गति में भाग लेते हैं।

तरल पदार्थ, ठोस की तरह, एक निश्चित मात्रा में होते हैं, और गैसों की तरह, वे उस बर्तन का आकार लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। गैस के अणु व्यावहारिक रूप से इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की ताकतों से जुड़े नहीं होते हैं, और इस मामले में औसत ऊर्जा तापीय गतिउनके बीच आकर्षण बलों के कारण गैस के अणु औसत संभावित ऊर्जा से बहुत अधिक होते हैं, इसलिए गैस के अणु अलग-अलग दिशाओं में बिखर जाते हैं और गैस इसे प्रदान किए गए आयतन पर कब्जा कर लेती है। ठोस और तरल निकायों में, अणुओं के बीच आकर्षण बल पहले से ही महत्वपूर्ण होते हैं और अणुओं को एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर रखते हैं। इस मामले में, अणुओं की ऊष्मीय गति की औसत ऊर्जा अंतर-आणविक संपर्क की ताकतों के कारण औसत संभावित ऊर्जा से कम है, और यह अणुओं के बीच आकर्षण की ताकतों को दूर करने के लिए पर्याप्त नहीं है, इसलिए ठोस और तरल पदार्थ का एक निश्चित आयतन होता है। .

बढ़ते तापमान और घटते आयतन के साथ तरल पदार्थों में दबाव बहुत तेजी से बढ़ता है। द्रवों का आयतन प्रसार वाष्प और गैसों की तुलना में बहुत कम होता है, क्योंकि द्रव में अणुओं को बाँधने वाले बल अधिक महत्वपूर्ण होते हैं; थर्मल विस्तार पर भी यही टिप्पणी लागू होती है।

तरल पदार्थों की गर्मी क्षमता आमतौर पर तापमान के साथ बढ़ती है (यद्यपि थोड़ा)। सी पी / सी वी अनुपात व्यावहारिक रूप से एक के बराबर है।

द्रव का सिद्धांत आज तक पूरी तरह से विकसित नहीं हुआ है। एक तरल के जटिल गुणों के अध्ययन में कई समस्याओं का विकास Ya.I. फ्रेनकेल (1894-1952)। उन्होंने एक तरल में थर्मल गति को इस तथ्य से समझाया कि प्रत्येक अणु एक निश्चित संतुलन स्थिति के आसपास कुछ समय के लिए दोलन करता है, जिसके बाद यह एक नई स्थिति में कूद जाता है, जो प्रारंभिक एक से अंतर-परमाणु दूरी के क्रम की दूरी पर है। इस प्रकार, द्रव के अणु द्रव के पूरे द्रव्यमान में काफी धीमी गति से चलते हैं। तरल के तापमान में वृद्धि के साथ, दोलन गति की आवृत्ति तेजी से बढ़ जाती है, और अणुओं की गतिशीलता बढ़ जाती है।

फ्रेनकेल मॉडल के आधार पर, कुछ की व्याख्या करना संभव है विशिष्ट सुविधाएं तरल के गुण। इस प्रकार, तरल पदार्थ, महत्वपूर्ण तापमान के पास भी, बहुत अधिक होता है श्यानतागैसों की तुलना में, और बढ़ते तापमान के साथ चिपचिपाहट कम हो जाती है (बढ़ने के बजाय, जैसा कि गैसों में होता है)। यह गति हस्तांतरण प्रक्रिया की एक अलग प्रकृति द्वारा समझाया गया है: यह अणुओं द्वारा स्थानांतरित किया जाता है जो एक संतुलन राज्य से दूसरे में कूदते हैं, और ये कूद बढ़ते तापमान के साथ बहुत अधिक बार हो जाते हैं। प्रसारतरल पदार्थों में केवल आणविक छलांग के कारण होता है, और यह गैसों की तुलना में बहुत अधिक धीरे-धीरे होता है। ऊष्मीय चालकतातरल पदार्थ विभिन्न आयामों के साथ अपनी संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करने वाले कणों के बीच गतिज ऊर्जा के आदान-प्रदान के कारण होते हैं; अणुओं की तेज छलांग ध्यान देने योग्य भूमिका नहीं निभाती है। ऊष्मा चालन का तंत्र गैसों में इसके तंत्र के समान है। अभिलक्षणिक विशेषतातरल इसकी क्षमता है मुक्त सतह(ठोस दीवारों द्वारा सीमित नहीं)।

तरल पदार्थों की आणविक संरचना के लिए कई सिद्धांत प्रस्तावित किए गए हैं।

1. जोन मॉडल।पर इस पलसमय, एक तरल को उन क्षेत्रों से युक्त माना जा सकता है जहां अणुओं को सही क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, जिससे एक प्रकार का माइक्रोक्रिस्टल (ज़ोन) बनता है। ये क्षेत्र, जैसे थे, एक गैसीय अवस्था में एक पदार्थ द्वारा अलग किए गए हैं। समय के साथ, ये क्षेत्र अन्य स्थानों में बनते हैं, इत्यादि।

2. अर्ध-क्रिस्टलीय संरचना का सिद्धांत।निरपेक्ष शून्य तापमान पर एक क्रिस्टल पर विचार करें (चित्र 9.9 देखें।)

हम इसमें एक मनमाना दिशा का चयन करते हैं और प्रायिकता P की निर्भरता को मूल स्थान पर रखे गए दूसरे अणु से एक निश्चित दूरी पर एक गैस अणु को खोजने के लिए प्लॉट करते हैं (चित्र 9.9। ए), जबकि अणु क्रिस्टल जाली के नोड्स पर स्थित होते हैं। उच्च तापमान पर (चित्र 9.9, बी) अणु निश्चित संतुलन स्थितियों के आसपास दोलन करते हैं, जिसके निकट वे अपना अधिकांश समय व्यतीत करते हैं। एक आदर्श क्रिस्टल में प्रायिकता मैक्सिमा की पुनरावृत्ति की सख्त आवधिकता चुने हुए कण से मनमाने ढंग से दूर तक फैली हुई है; इसलिए, यह कहने की प्रथा है कि एक ठोस में "लंबी दूरी का आदेश" मौजूद होता है।

द्रव के मामले में (चित्र 9.9, में) प्रत्येक अणु के पास, उसके पड़ोसी कमोबेश नियमित रूप से स्थित होते हैं, लेकिन बहुत दूर इस आदेश का उल्लंघन होता है (शॉर्ट-रेंज ऑर्डर)। ग्राफ पर, दूरियों को अणु की त्रिज्या (r/r 0) के अंशों में मापा जाता है।

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की आणविक संरचना की विशेषताएं क्या हैं? तत्काल!!!

उत्तर:

एक ही पदार्थ के अणुओं के बीच आकर्षण अलग-अलग होता है, उदाहरण के लिए, पानी के एकत्रीकरण की तीन अवस्थाएँ होती हैं - तरल, ठोस और गैसीय। एक तरल के अणु लंबी दूरी पर नहीं फैलते हैं, और सामान्य परिस्थितियों में एक तरल अपनी मात्रा बरकरार रखता है, लेकिन अपना आकार बरकरार नहीं रखता है। तरल अणु एक दूसरे के करीब स्थित होते हैं। प्रत्येक दो अणुओं के बीच की दूरी छोटे आकारअणु, इसलिए उनके बीच आकर्षण महत्वपूर्ण हो जाता है। ठोस पदार्थों में, अणुओं (परमाणुओं) के बीच का आकर्षण तरल पदार्थों की तुलना में अधिक होता है। इसलिए, सामान्य परिस्थितियों में, ठोस अपना आकार और आयतन बनाए रखते हैं। ठोस में अणु (परमाणु) एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित होते हैं। ये बर्फ, नमक, धातु आदि हैं। ऐसे पिंडों को क्रिस्टल कहा जाता है। ठोस के अणु या परमाणु एक निश्चित बिंदु के आसपास दोलन करते हैं और इससे दूर नहीं जा सकते। इसलिए, एक ठोस शरीर न केवल मात्रा, बल्कि आकार को भी बरकरार रखता है। गैसों में अणुओं के बीच की दूरी बहुत होती है अधिक आकारअणु स्वयं। चूंकि, औसतन अणुओं के बीच की दूरी अणुओं के आकार से दस गुना अधिक होती है, वे कमजोर रूप से एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं। गैसों का अपना आकार और स्थिर आयतन नहीं होता है।

इस खंड की समस्याओं में, वे मुख्य रूप से इस विचार पर जोर देते हैं कि गैसों में अणु तरल और ठोस की तुलना में अधिक दूरी पर स्थित होते हैं, उनके बीच आकर्षण बल नगण्य होते हैं, और इसलिए गैसें बड़ी मात्रा में होती हैं। (तरल और ठोस के संबंध में एक समान कथन, सामान्यतया, गलत है। ठोस के लिए, अणुओं के क्रम का भी बहुत महत्व है।)

इस खंड में समस्याओं को हल करते समय ग्रेड VI में बनने वाली दूसरी अवधारणा गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में अणुओं की गति की प्रकृति में अंतर है।

58 (ई)। आलू गन में डाट को छड़ी से घुमाने पर (चित्र 14), वायु के आयतन में कमी का निरीक्षण करें। ट्यूब में पानी भरकर भी यही प्रयोग करें। पदार्थों की आणविक संरचना के आधार पर जल और वायु के बीच संपीड्यता में अंतर स्पष्ट कीजिए।

59. कैसे समझाएं कि उबलते पानी से उत्पन्न भाप उबलते बिंदु पर पानी की तुलना में लगभग 1700 गुना अधिक मात्रा में रहती है?

जवाब। वाष्प के अणु एक दूसरे से इतनी बड़ी दूरी पर स्थित होते हैं कि उनके बीच आकर्षक बल नगण्य होते हैं और इसलिए किसी दिए गए तापमान पर (किसी दिए गए आणविक गति पर) वाष्प संघनन का कारण नहीं बन सकते।

60 (ई)। एक मीटर ग्लास ट्यूब में आधा पानी डालें और ऊपर से एल्कोहल डालकर मिला लें। उसके बाद द्रव का आयतन कैसे बदल गया? समझाइए क्यों।

जवाब। अणुओं की सघन पैकिंग के परिणामस्वरूप कुल आयतन घट गया।

61. वैज्ञानिक ब्रिजमैन ने एक स्टील के सिलेंडर में बड़ी ताकत से तेल निचोड़ा। कैसे समझाऊं कि सिलेंडर की बाहरी दीवारों पर तेल के कण उभरे हुए थे, हालांकि उनमें कोई दरार नहीं थी?

62. यदि आप सीसे और सोने की प्लेटों को एक साथ दबाते हैं, तो थोड़ी देर बाद आप सोने में लेड के अणु और लेड में सोने के अणु पा सकते हैं। समझाइए क्यों।

समस्याओं का समाधान 61 और 62। ठोस और तरल पदार्थों में अणुओं के बीच छोटे अंतराल होते हैं, उनकी सघन पैकिंग के बावजूद। अणु मुख्य रूप से कंपन द्वारा चलते हैं। तस्वीर एक भीड़-भाड़ वाली बस में सवार लोगों की याद दिलाती है, जो जकड़न के बावजूद, इधर-उधर घूमते हैं, एक-दूसरे के साथ जगह बदलते हैं या बेतरतीब ढंग से बने रास्तों से गुजरते हैं।

63 (ई)। अभ्रक की प्लेट की जांच करें और इसे पतले पत्तों में विभाजित करें। मोटे टेबल नमक के टुकड़ों को तोड़कर जांच लें। किसी पदार्थ की आणविक संरचना के आधार पर विभिन्न दिशाओं में अभ्रक और नमक के असमान गुणों की व्याख्या कैसे की जा सकती है?

64 (ई)। पिच का एक टुकड़ा तोड़ो और समझाओ कि एक ब्रेक हमेशा एक चिकनी सतह क्यों बनाता है।

जवाब। Var एक गाढ़ा तरल है, इसलिए इसके अणु सही ढंग से वैकल्पिक परतें नहीं बनाते हैं, जैसा कि एक क्रिस्टलीय शरीर में होता है।

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की संरचना। समाधान की संरचना की विशेषताएं। "प्रतिक्रियाशील क्षेत्र" की अवधारणा
तरल पदार्थ की संरचना का सिद्धांत: गैसों और ठोस पदार्थों की संरचना के साथ तुलना तरल पदार्थ की संरचना (संरचना)। द्रवों की संरचना वर्तमान में भौतिक रसायनज्ञों द्वारा गहन अध्ययन का विषय है। इस दिशा में अनुसंधान के लिए, सबसे आधुनिक तरीकों का उपयोग किया जाता है, जिसमें वर्णक्रमीय (IR, NMR, विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश का प्रकीर्णन), एक्स-रे स्कैटरिंग, क्वांटम मैकेनिकल और सांख्यिकीय गणना विधियाँ आदि शामिल हैं। तरल पदार्थ का सिद्धांत गैसों की तुलना में बहुत कम विकसित होता है, क्योंकि तरल पदार्थ के गुण निकट दूरी वाले अणुओं की ज्यामिति और ध्रुवता पर निर्भर करते हैं। इसके अलावा, तरल पदार्थों की एक निश्चित संरचना की कमी से उनके विवरण को औपचारिक रूप देना मुश्किल हो जाता है - अधिकांश पाठ्यपुस्तकों में, तरल पदार्थ को गैसों और क्रिस्टलीय ठोस की तुलना में बहुत कम जगह दी जाती है। पदार्थ की तीन समग्र अवस्थाओं में से प्रत्येक की विशेषताएं क्या हैं: ठोस, तरल और गैस। (टेबल)
1) ठोस: शरीर आयतन और आकार को बरकरार रखता है
2) द्रवों का आयतन बरकरार रहता है लेकिन आकार आसानी से बदल जाता है।
3) गैस का न तो आकार होता है और न ही आयतन।

एक ही पदार्थ की ये अवस्थाएँ अणुओं के प्रकार में भिन्न नहीं होती हैं (यह समान है), लेकिन जिस तरह से अणु स्थित होते हैं और चलते हैं।
1) गैसों में, अणुओं के बीच की दूरी स्वयं अणुओं के आकार से बहुत अधिक होती है
2) किसी द्रव के अणु लंबी दूरी पर विचलन नहीं करते हैं और सामान्य परिस्थितियों में द्रव अपना आयतन बनाए रखता है।
3) ठोस पिंडों के कणों को एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है। प्रत्येक कण क्रिस्टल जाली में एक निश्चित बिंदु के चारों ओर घूमता है, जैसे घड़ी का पेंडुलम, यानी यह दोलन करता है।
जब तापमान गिरता है, तरल पदार्थ जम जाते हैं, और जब वे क्वथनांक से ऊपर उठते हैं, तो वे गैसीय अवस्था में चले जाते हैं। यह तथ्य अकेले इंगित करता है कि तरल पदार्थ गैसों और ठोसों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं, जो दोनों से भिन्न होता है। हालांकि, इन राज्यों में से प्रत्येक के साथ तरल समानताएं हैं।
एक तापमान होता है जिस पर गैस और तरल के बीच की सीमा पूरी तरह से गायब हो जाती है। यह तथाकथित महत्वपूर्ण बिंदु है। प्रत्येक गैस के लिए, तापमान ज्ञात होता है, जिसके ऊपर यह किसी भी दबाव में तरल नहीं हो सकता है; इस महत्वपूर्ण तापमान पर, तरल और उसके संतृप्त वाष्प के बीच की सीमा (मेनिस्कस) गायब हो जाती है। एक महत्वपूर्ण तापमान ("पूर्ण क्वथनांक") का अस्तित्व 1860 में डिमेंडेलीव द्वारा स्थापित किया गया था। तरल और गैसों को एकजुट करने वाला दूसरा गुण आइसोट्रॉपी है। अर्थात्, पहली नज़र में यह माना जा सकता है कि तरल पदार्थ क्रिस्टल की तुलना में गैसों के अधिक निकट होते हैं। गैसों की तरह ही, तरल पदार्थ आइसोट्रोपिक होते हैं, अर्थात। उनके गुण सभी दिशाओं में समान हैं। क्रिस्टल, इसके विपरीत, अनिसोट्रोपिक हैं: अपवर्तक सूचकांक, संपीड़ितता, शक्ति और क्रिस्टल के कई अन्य गुण अलग-अलग दिशाओं में भिन्न होते हैं। ठोस क्रिस्टलीय पदार्थों में दोहराए जाने वाले तत्वों के साथ एक क्रमबद्ध संरचना होती है, जिससे एक्स-रे विवर्तन द्वारा उनका अध्ययन करना संभव हो जाता है (एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण की विधि का उपयोग 1912 से किया गया है)।

तरल पदार्थ और गैसों में क्या समानता है?
ए) आइसोट्रोपिक। द्रव के गुण, गैसों की तरह, सभी दिशाओं में समान होते हैं, अर्थात। क्रिस्टल के विपरीत, आइसोट्रोपिक हैं, जो अनिसोट्रोपिक हैं।
बी) तरल पदार्थ, गैसों की तरह, एक निश्चित आकार नहीं होता है और एक बर्तन (कम चिपचिपापन और उच्च तरलता) का रूप लेता है।
अणु और तरल पदार्थ और गैसें एक दूसरे से टकराते हुए काफी मुक्त गति करती हैं। पहले, यह माना जाता था कि तरल के कब्जे वाले आयतन के भीतर, उनकी त्रिज्या के योग से अधिक दूरी को समान रूप से संभावित माना जाता था, अर्थात। अणुओं की क्रमबद्ध व्यवस्था की प्रवृत्ति को नकारा गया। इस प्रकार, कुछ हद तक, तरल पदार्थ और गैसें क्रिस्टल के विरोधी थे।
जैसे-जैसे शोध आगे बढ़ा, तथ्यों की बढ़ती संख्या ने तरल और ठोस की संरचना के बीच समानता की उपस्थिति की ओर इशारा किया। उदाहरण के लिए, गर्मी क्षमता और संपीड़न गुणांक के मूल्य, विशेष रूप से पिघलने बिंदु के पास, व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ मेल खाते हैं, जबकि तरल और गैस के लिए ये मान तेजी से भिन्न होते हैं।
पहले से ही इस उदाहरण से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि ठोस तापमान के करीब तापमान पर तरल पदार्थों में थर्मल गति की तस्वीर ठोस में थर्मल गति के समान होती है, न कि गैसों में। इसके साथ ही, पदार्थ की गैसीय और तरल अवस्थाओं के बीच ऐसे महत्वपूर्ण अंतरों को भी नोट किया जा सकता है। गैसों में, अणुओं को अंतरिक्ष में पूरी तरह से यादृच्छिक तरीके से वितरित किया जाता है, अर्थात। उत्तरार्द्ध को संरचनाहीन शिक्षा का एक उदाहरण माना जाता है। तरल में अभी भी एक निश्चित संरचना है। एक्स-रे विवर्तन द्वारा प्रयोगात्मक रूप से इसकी पुष्टि की जाती है, जो कम से कम एक स्पष्ट अधिकतम दिखाता है। एक तरल की संरचना वह तरीका है जिससे उसके अणु अंतरिक्ष में वितरित होते हैं। तालिका गैस और तरल अवस्थाओं के बीच समानता और अंतर को दर्शाती है।
गैस चरण तरल चरण
1. अणुओं के बीच की दूरी आमतौर पर (कम दबाव के लिए) अणु की त्रिज्या से बहुत अधिक होती है r: l  r ; व्यावहारिक रूप से गैस द्वारा कब्जा कर लिया गया संपूर्ण आयतन V मुक्त आयतन है। तरल चरण में, इसके विपरीत, एल 2. कणों की औसत गतिज ऊर्जा, 3/2kT के बराबर, उनकी अंतर-आणविक बातचीत की संभावित ऊर्जा U से अधिक होती है। अणुओं की बातचीत की संभावित ऊर्जा औसत से अधिक होती है उनकी गति की गतिज ऊर्जा: U3/2 kT
3. कण अपनी अनुवाद गति के दौरान टकराते हैं, टक्कर आवृत्ति कारक कणों के द्रव्यमान, उनके आकार और तापमान पर निर्भर करता है। प्रत्येक कण अपने आसपास के अणुओं द्वारा बनाए गए पिंजरे में दोलन करता है। दोलन आयाम a मुक्त आयतन पर निर्भर करता है, a (Vf/ L)1/3
4. कणों का विसरण उनके किसके परिणामस्वरूप होता है? आगे बढ़ना, प्रसार गुणांक डी 0.1 - 1 सेमी 2/एस (पी  105 पा) और गैस के दबाव पर निर्भर करता है
(डी पी -1) एक सक्रियण ऊर्जा ईडी के साथ एक कोशिका से दूसरे कण के कूदने के परिणामस्वरूप प्रसार होता है,
डी गैर-चिपचिपा तरल पदार्थ में ई-ईडी/आरटी
डी 0.3 - 3 सेमी2 / दिन।
5. कण स्वतंत्र रूप से घूमता है, घूर्णन आवृत्ति r केवल कण और तापमान की जड़ता के क्षण से निर्धारित होती है, घूर्णन आवृत्ति r T1/2 Er/RT
हालांकि, कई महत्वपूर्ण संकेतकों (अर्ध-क्रिस्टलीयता) में तरल अवस्था ठोस अवस्था के करीब है। प्रायोगिक तथ्यों के संचय ने संकेत दिया कि तरल पदार्थ और क्रिस्टल में बहुत कुछ समान है। व्यक्तिगत तरल पदार्थों के भौतिक और रासायनिक अध्ययनों से पता चला है कि उनमें से लगभग सभी में क्रिस्टल संरचना के कुछ तत्व होते हैं।
सबसे पहले, एक तरल में अंतर-आणविक दूरी एक ठोस में उन लोगों के करीब होती है। यह इस तथ्य से साबित होता है कि उत्तरार्द्ध के पिघलने के दौरान, पदार्थ की मात्रा में मामूली परिवर्तन होता है (आमतौर पर यह 10% से अधिक नहीं बढ़ता है)। दूसरे, एक तरल और एक ठोस में अंतर-आणविक संपर्क की ऊर्जा नगण्य रूप से भिन्न होती है। यह इस तथ्य से निकलता है कि संलयन की गर्मी वाष्पीकरण की गर्मी से बहुत कम है। उदाहरण के लिए, पानी के लिए Hpl= 6 kJ/mol, और Hsp= 45 kJ/mol; बेंजीन के लिए Hpl = 11 kJ/mol, और Htest = 48 kJ/mol।
तीसरा, पिघलने के दौरान किसी पदार्थ की ऊष्मा क्षमता बहुत कम बदलती है, अर्थात। यह इन दोनों राज्यों के करीब है। इसलिए यह इस प्रकार है कि एक तरल में कणों की गति की प्रकृति एक ठोस के करीब होती है। चौथा, एक तरल, एक ठोस शरीर की तरह, बिना टूटे बड़े तन्यता बलों का सामना कर सकता है।
एक तरल और एक ठोस के बीच का अंतर तरलता में निहित है: एक ठोस अपना आकार बनाए रखता है, एक तरल एक छोटे से प्रयास के प्रभाव में भी इसे आसानी से बदल देता है। ये गुण तरल की संरचना की ऐसी विशेषताओं से उत्पन्न होते हैं जैसे मजबूत अंतर-आणविक अंतःक्रिया, अणुओं की व्यवस्था में शॉर्ट-रेंज ऑर्डर, और अणुओं की अपनी स्थिति को अपेक्षाकृत तेज़ी से बदलने की क्षमता। जब किसी द्रव को हिमांक से क्वथनांक तक गर्म किया जाता है तो उसके गुण सुचारू रूप से बदल जाते हैं, गर्म करने पर गैस के साथ इसकी समानताएं धीरे-धीरे बढ़ जाती हैं।
हममें से प्रत्येक व्यक्ति ऐसे अनेक पदार्थों को आसानी से याद कर सकता है जिन्हें वह द्रव मानता है। हालाँकि, पदार्थ की इस अवस्था की सटीक परिभाषा देना इतना आसान नहीं है, क्योंकि तरल पदार्थों में ऐसा होता है भौतिक गुणकि कुछ मामलों में वे ठोस से मिलते-जुलते हैं, और कुछ में वे गैसों के समान होते हैं। तरल और ठोस के बीच समानता कांच के पदार्थों में सबसे अधिक स्पष्ट है। बढ़ते तापमान के साथ ठोस से तरल में उनका संक्रमण धीरे-धीरे होता है, न कि एक स्पष्ट गलनांक के रूप में, वे बस नरम और नरम हो जाते हैं, जिससे यह इंगित करना असंभव हो जाता है कि उन्हें किस तापमान सीमा में ठोस कहा जाना चाहिए, और जिसमें उन्हें होना चाहिए तरल पदार्थ कहा जाता है। हम केवल यह कह सकते हैं कि तरल अवस्था में कांच के पदार्थ की चिपचिपाहट ठोस अवस्था की तुलना में कम होती है। इसलिए सॉलिड ग्लास को अक्सर सुपरकूल्ड लिक्विड कहा जाता है। जाहिरा तौर पर सबसे विशेषता संपत्तितरल पदार्थ, जो उन्हें ठोस से अलग करता है, उनकी कम चिपचिपाहट है, अर्थात। उच्च तरलता। उसके लिए धन्यवाद, वे उस बर्तन का आकार लेते हैं जिसमें उन्हें डाला जाता है। आणविक स्तर पर, उच्च तरलता का अर्थ है द्रव कणों की अपेक्षाकृत बड़ी स्वतंत्रता। इसमें द्रव गैसों के सदृश होते हैं, यद्यपि द्रवों की अंतःआण्विक अन्योन्यक्रिया की शक्तियाँ अधिक होती हैं, अणु अपनी गति में अधिक निकट और सीमित होते हैं।
जो कहा गया है उससे दूसरे तरीके से संपर्क किया जा सकता है - लंबी दूरी और छोटी दूरी के आदेश के विचार के दृष्टिकोण से। क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों में लंबी दूरी का क्रम मौजूद होता है, जिनमें से परमाणुओं को कड़ाई से क्रमबद्ध तरीके से व्यवस्थित किया जाता है, जिससे त्रि-आयामी संरचनाएं बनती हैं जिन्हें यूनिट सेल के कई पुनरावृत्ति द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। लिक्विड और ग्लास में लॉन्ग-रेंज ऑर्डर नहीं है। हालांकि, इसका मतलब यह नहीं है कि उन्हें बिल्कुल भी ऑर्डर नहीं किया गया है। सभी परमाणुओं के निकटतम पड़ोसियों की संख्या लगभग समान होती है, लेकिन किसी भी चयनित स्थिति से दूर जाने पर परमाणुओं की व्यवस्था अधिक से अधिक अव्यवस्थित हो जाती है। इस प्रकार, आदेश केवल छोटी दूरी पर मौजूद है, इसलिए नाम: शॉर्ट-रेंज ऑर्डर। किसी द्रव की संरचना का पर्याप्त गणितीय विवरण सांख्यिकीय भौतिकी की सहायता से ही दिया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि एक तरल में समान गोलाकार अणु होते हैं, तो इसकी संरचना को रेडियल वितरण फ़ंक्शन जी (आर) द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो किसी भी अणु को दिए गए एक से r दूरी पर एक संदर्भ बिंदु के रूप में चुने जाने की संभावना देता है। . प्रयोगात्मक रूप से, इस फ़ंक्शन को एक्स-रे या न्यूट्रॉन के विवर्तन का अध्ययन करके पाया जा सकता है, और उच्च गति वाले कंप्यूटरों के आगमन के साथ, इसकी गणना कंप्यूटर सिमुलेशन द्वारा की जाने लगी, जो कि कार्य करने वाले बलों की प्रकृति पर उपलब्ध आंकड़ों के आधार पर होती है। अणुओं, या इन बलों के बारे में मान्यताओं के साथ-साथ न्यूटनियन यांत्रिकी के नियमों पर। सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त रेडियल वितरण कार्यों की तुलना, कोई भी अंतर-आणविक बलों की प्रकृति के बारे में मान्यताओं की शुद्धता को सत्यापित कर सकता है।
कार्बनिक पदार्थों में, जिनके अणुओं का एक लम्बी आकार होता है, एक या किसी अन्य तापमान सीमा में, तरल चरण के क्षेत्र एक लंबी दूरी के उन्मुख क्रम के साथ पाए जाते हैं, जो कि लंबे अक्षों के समानांतर संरेखण की प्रवृत्ति में प्रकट होते हैं। अणु। इस मामले में, आणविक केंद्रों के समन्वय आदेश के साथ ओरिएंटल ऑर्डरिंग के साथ किया जा सकता है। इस प्रकार के तरल चरणों को आमतौर पर लिक्विड क्रिस्टल के रूप में जाना जाता है। तरल-क्रिस्टलीय अवस्था क्रिस्टलीय और तरल के बीच मध्यवर्ती है। लिक्विड क्रिस्टल में तरलता और अनिसोट्रॉपी (ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल, मैग्नेटिक) दोनों होते हैं। कभी-कभी लंबी दूरी के क्रम की अनुपस्थिति के कारण इस अवस्था को मेसोमोर्फिक (मेसोफ़ेज़) कहा जाता है। अस्तित्व की ऊपरी सीमा आत्मज्ञान का तापमान (एक आइसोट्रोपिक तरल) है। थर्मोट्रोपिक (मेसोजेनिक) एफए एक निश्चित तापमान से ऊपर मौजूद होते हैं। विशिष्ट सायनोबिफेनिल्स हैं। लियोट्रोपिक - भंग होने पर, उदाहरण के लिए, साबुन, पॉलीपेप्टाइड्स, लिपिड, डीएनए के जलीय घोल। लिक्विड क्रिस्टल का अध्ययन (मेसोफ़ेज़ - दो चरणों में पिघलना - बादल पिघलना, फिर पारदर्शी, क्रिस्टलीय चरण से अनिसोट्रोपिक ऑप्टिकल गुणों के साथ एक मध्यवर्ती रूप के माध्यम से एक तरल में संक्रमण) प्रौद्योगिकी के उद्देश्यों के लिए महत्वपूर्ण है - लिक्विड क्रिस्टल संकेत।
गैस में अणु बेतरतीब ढंग से (यादृच्छिक रूप से) चलते हैं। गैसों में, परमाणुओं या अणुओं के बीच की दूरी औसतन स्वयं अणुओं के आकार से कई गुना अधिक होती है। गैस में अणु उच्च गति (सैकड़ों m/s) से गति करते हैं। टकराते हुए, वे पूरी तरह से लोचदार गेंदों की तरह एक-दूसरे को उछालते हैं, वेगों की परिमाण और दिशा बदलते हैं। अणुओं के बीच बड़ी दूरी पर, आकर्षक बल छोटे होते हैं और गैस के अणुओं को एक दूसरे के बगल में रखने में सक्षम नहीं होते हैं। इसलिए, गैसें अनिश्चित काल तक फैल सकती हैं। गैसें आसानी से संकुचित हो जाती हैं, अणुओं के बीच की औसत दूरी कम हो जाती है, लेकिन फिर भी आकार में बड़ी बनी रहती है। गैसें आकार या आयतन को बरकरार नहीं रखती हैं, उनका आयतन और आकार उनके द्वारा भरे जाने वाले बर्तन के आयतन और आकार के साथ मेल खाता है। पोत की दीवारों पर अणुओं के कई प्रभाव गैस का दबाव बनाते हैं।
ठोस के परमाणु और अणु कुछ संतुलन स्थितियों के आसपास कंपन करते हैं। इसलिए, ठोस आयतन और आकार दोनों को बनाए रखते हैं। यदि आप मानसिक रूप से एक ठोस शरीर के परमाणुओं या आयनों के संतुलन की स्थिति के केंद्रों को जोड़ते हैं, तो आपको एक क्रिस्टल जाली मिलती है।
द्रव के अणु लगभग एक दूसरे के निकट स्थित होते हैं। इसलिए, तरल बहुत खराब रूप से संपीड़ित होते हैं और अपनी मात्रा बनाए रखते हैं। एक तरल के अणु संतुलन की स्थिति के चारों ओर कंपन करते हैं। समय-समय पर, अणु एक स्थिर अवस्था से दूसरे में, एक नियम के रूप में, बाहरी बल की कार्रवाई की दिशा में संक्रमण करता है। अणु की स्थिर अवस्था का समय छोटा होता है और बढ़ते तापमान के साथ घटता जाता है, और अणु के एक नए बसे हुए अवस्था में संक्रमण का समय और भी कम होता है। इसलिए, तरल पदार्थ तरल होते हैं, अपने आकार को बनाए नहीं रखते हैं और उस बर्तन का आकार लेते हैं जिसमें उन्हें डाला जाता है।

तरल पदार्थों का गतिज सिद्धांत Ya. I. Frenkel द्वारा विकसित तरल पदार्थों का गतिज सिद्धांत एक तरल को इस रूप में मानता है गतिशील प्रणालीकण, आंशिक रूप से क्रिस्टलीय अवस्था से मिलते जुलते हैं। गलनांक के करीब तापमान पर, तरल में थर्मल गति मुख्य रूप से कुछ औसत संतुलन स्थितियों के आसपास कणों के हार्मोनिक दोलनों में कम हो जाती है। क्रिस्टलीय अवस्था के विपरीत, तरल में अणुओं की ये संतुलन स्थिति प्रत्येक अणु के लिए अस्थायी होती है। कुछ समय t के लिए एक संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करने के बाद, अणु पड़ोस में स्थित एक नई स्थिति में कूद जाता है। इस तरह की छलांग ऊर्जा यू के खर्च के साथ होती है, इसलिए "बसे हुए जीवन" समय टी तापमान पर निम्नानुसार निर्भर करता है: टी = टी0 ईयू / आरटी, जहां टी 0 संतुलन की स्थिति के आसपास एक दोलन की अवधि है। पानी के लिए कमरे का तापमान t » 10-10s, t0 = 1.4 x 10-12s, यानी एक अणु, लगभग 100 कंपन करने के बाद, एक नई स्थिति में कूद जाता है, जहां यह दोलन करना जारी रखता है। एक्स-रे और न्यूट्रॉन के प्रकीर्णन के आंकड़ों से, केंद्र के रूप में चुने गए एक कण से दूरी r के आधार पर कण वितरण घनत्व फ़ंक्शन की गणना की जा सकती है। क्रिस्टलीय ठोस में लंबी दूरी के क्रम की उपस्थिति में, फ़ंक्शन (r) में कई अलग-अलग मैक्सिमा और मिनिमा होते हैं। कणों की उच्च गतिशीलता के कारण, तरल में केवल लघु-श्रेणी का क्रम संरक्षित होता है। यह तरल पदार्थ के एक्स-रे पैटर्न से स्पष्ट रूप से अनुसरण करता है: एक तरल के लिए फ़ंक्शन (r) में एक स्पष्ट पहला अधिकतम, एक फैलाना दूसरा, और फिर (r) = const होता है। गतिज सिद्धांत पिघलने का वर्णन इस प्रकार करता है। किसी ठोस के क्रिस्टल जालक में हमेशा कम संख्या में रिक्तियां (छिद्र) होती हैं जो धीरे-धीरे क्रिस्टल के चारों ओर घूमती हैं। तापमान पिघलने के तापमान के जितना करीब होता है, "छेद" की सांद्रता उतनी ही अधिक होती है और वे तेजी से नमूने के माध्यम से आगे बढ़ते हैं। पिघलने बिंदु पर, "छेद" के गठन की प्रक्रिया एक हिमस्खलन जैसा सहकारी चरित्र प्राप्त करती है, कणों की प्रणाली गतिशील हो जाती है, लंबी दूरी की व्यवस्था गायब हो जाती है, और तरलता दिखाई देती है। पिघलने में निर्णायक भूमिका तरल में मुक्त मात्रा के गठन द्वारा निभाई जाती है, जो सिस्टम को तरल बनाती है। एक तरल और एक ठोस क्रिस्टलीय शरीर के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर यह है कि तरल में एक मुक्त मात्रा होती है, जिसके एक महत्वपूर्ण हिस्से में उतार-चढ़ाव ("छेद") का रूप होता है, जिसके घूमने से तरल के माध्यम से ऐसा होता है तरलता के रूप में विशेषता गुणवत्ता। ऐसे "छेद" की संख्या, उनकी मात्रा और गतिशीलता तापमान पर निर्भर करती है। कम तापमान पर, तरल, अगर यह एक क्रिस्टलीय शरीर में नहीं बदला है, तो "छेद" की मात्रा और गतिशीलता में कमी के कारण बहुत कम तरलता के साथ एक अनाकार ठोस बन जाता है। हाल के दशकों में गतिज सिद्धांत के साथ-साथ द्रवों के सांख्यिकीय सिद्धांत को सफलतापूर्वक विकसित किया गया है।

बर्फ और पानी की संरचना। में सबसे महत्वपूर्ण और आम तरल सामान्य स्थितिपानी है। यह पृथ्वी पर सबसे आम अणु है! यह एक उत्कृष्ट विलायक है। उदाहरण के लिए, सभी जैविक तरल पदार्थों में पानी होता है। पानी कई अकार्बनिक (लवण, अम्ल, क्षार) को घोलता है और कार्बनिक पदार्थ(शराब, शक्कर, कार्बोक्जिलिक एसिड, अमाइन)। इस तरल की संरचना क्या है? हमें फिर से उस मुद्दे पर लौटना होगा जिस पर हमने पहले व्याख्यान में विचार किया था, अर्थात्, हाइड्रोजन बांड के रूप में इस तरह के एक विशिष्ट अंतर-आणविक संपर्क के लिए। पानी, तरल और क्रिस्टलीय दोनों रूप में, कई हाइड्रोजन बांडों की उपस्थिति के कारण विषम गुणों को प्रदर्शित करता है। ये विषम गुण क्या हैं: तपिशक्वथनांक, उच्च गलनांक और वाष्पीकरण की उच्च एन्थैल्पी। आइए पहले ग्राफ को देखें, फिर टेबल पर, और फिर दो पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड के आरेख को देखें। वास्तव में, प्रत्येक पानी का अणु अपने चारों ओर 4 अन्य पानी के अणुओं का समन्वय करता है: दो ऑक्सीजन के कारण, दो इलेक्ट्रॉन जोड़े के दो प्रोटोनाइज्ड हाइड्रोजेन में दाता के रूप में, और दो प्रोटोनाइज्ड हाइड्रोजेन के कारण अन्य पानी के अणुओं के ऑक्सीजेंस के साथ समन्वय करते हैं। पिछले व्याख्यान में, मैंने आपको अवधि के आधार पर समूह VI हाइड्राइड्स के गलनांक, क्वथनांक और वाष्पीकरण की एन्थैल्पी के ग्राफ के साथ एक स्लाइड दिखाई थी। इन निर्भरताओं में ऑक्सीजन हाइड्राइड के लिए एक स्पष्ट विसंगति है। पानी के लिए ये सभी पैरामीटर व्यावहारिक रूप से अनुमानित की तुलना में काफी अधिक हैं रैखिक निर्भरतासल्फर, सेलेनियम और टेल्यूरियम के निम्नलिखित हाइड्राइड के लिए। हमने इसे प्रोटॉनीकृत हाइड्रोजन और एक इलेक्ट्रॉन घनत्व स्वीकर्ता, ऑक्सीजन के बीच एक हाइड्रोजन बंधन के अस्तित्व से समझाया। कंपन इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके हाइड्रोजन बॉन्डिंग का सबसे सफलतापूर्वक अध्ययन किया गया है। मुक्त OH समूह में एक विशिष्ट कंपन ऊर्जा होती है जो OH बंधन को बारी-बारी से लंबा और छोटा करती है, जिससे अणु के अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रम में एक विशेषता बैंड होता है। हालांकि, अगर ओएच समूह हाइड्रोजन बंधन में भाग लेता है, तो हाइड्रोजन परमाणु दोनों तरफ परमाणुओं से बंधे होते हैं और इस प्रकार इसका कंपन "नम" होता है और आवृत्ति कम हो जाती है। निम्न तालिका से पता चलता है कि हाइड्रोजन बांड की ताकत और "एकाग्रता" में वृद्धि से अवशोषण आवृत्ति में कमी आती है। आकृति में, वक्र 1 बर्फ में ओ-एच समूहों के अधिकतम अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाता है (जहां सभी एच-बॉन्ड बंधे हुए हैं); वक्र 2 समूहों के अधिकतम अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाता है ओ-एन व्यक्ति H2O अणु CCl4 में घुल जाते हैं (जहाँ कोई H-बॉन्ड नहीं होते हैं - CCl4 में H2O का घोल बहुत पतला होता है); और वक्र 3 तरल पानी के अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाता है। यदि तरल पानी में दो ग्रेड ओ-एनसमूह - हाइड्रोजन बांड बनाना और उन्हें नहीं बनाना - और कुछ ओ-एन समूहपानी में वे उसी तरह (उसी आवृत्ति के साथ) कंपन करेंगे जैसे बर्फ में (जहां वे एच-बॉन्ड बनाते हैं), और अन्य - जैसे सीसीएल 4 के वातावरण में (जहां वे एच-बॉन्ड नहीं बनाते हैं)। तब पानी के स्पेक्ट्रम में दो के अनुरूप दो मैक्सिमा होंगे ओ-एच राज्यसमूह, उनकी दो विशिष्ट दोलन आवृत्तियाँ: समूह किस आवृत्ति के साथ कंपन करता है, इसके साथ यह प्रकाश को अवशोषित करता है। लेकिन "दो-अधिकतम" तस्वीर नहीं देखी गई है! इसके बजाय, वक्र 3 पर हम एक, बहुत धुंधला अधिकतम देखते हैं, जो वक्र 1 के अधिकतम से वक्र 2 के अधिकतम तक फैला हुआ है। इसका मतलब है कि तरल पानी में सभी ओ-एच समूह हाइड्रोजन बांड बनाते हैं - लेकिन इन सभी बांडों में एक अलग ऊर्जा होती है, " ढीला" (एक अलग ऊर्जा है), और अलग-अलग तरीकों से। इससे पता चलता है कि जिस तस्वीर में पानी में कुछ हाइड्रोजन बांड टूट गए हैं और कुछ बरकरार हैं, वह कड़ाई से बोल रहा है, गलत है। हालांकि, पानी के थर्मोडायनामिक गुणों का वर्णन करने के लिए यह इतना सरल और सुविधाजनक है कि इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है - और हम इसका उल्लेख भी करेंगे। लेकिन ध्यान रखें कि यह पूरी तरह सटीक नहीं है।
इस प्रकार, आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी हाइड्रोजन बॉन्डिंग के अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली तरीका है, और इससे जुड़े तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों की संरचना पर कई डेटा इस वर्णक्रमीय विधि का उपयोग करके प्राप्त किए गए हैं। नतीजतन, तरल पानी के लिए, बर्फ जैसा मॉडल (O.Ya. समोइलोव का मॉडल) सबसे आम तौर पर स्वीकृत में से एक है। इस मॉडल के अनुसार, तरल पानी में एक बर्फ जैसा टेट्राहेड्रल ढांचा होता है जो थर्मल गति से परेशान होता है (थर्मल गति का प्रमाण और परिणाम ब्राउनियन गति है, जिसे पहली बार 1827 में एक माइक्रोस्कोप के तहत पराग पर अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन द्वारा देखा गया था) बर्फ- चतुष्फलकीय ढांचे की तरह (बर्फ के क्रिस्टल में पानी का प्रत्येक अणु बर्फ की तुलना में कम ऊर्जा के साथ हाइड्रोजन बांड से जुड़ा होता है - "ढीले" हाइड्रोजन बांड) जिसके चारों ओर चार पानी के अणु होते हैं), इस फ्रेम के रिक्त स्थान आंशिक रूप से पानी से भरे होते हैं। अणु, और पानी के अणु रिक्तियों में और बर्फ की तरह काराकास के नोड्स में ऊर्जावान रूप से असमान होते हैं।

पानी के विपरीत, क्रिस्टल जाली के नोड्स पर एक बर्फ के क्रिस्टल में समान ऊर्जा के पानी के अणु होते हैं और वे केवल प्रदर्शन कर सकते हैं ऑसिलेटरी मूवमेंट्स. ऐसे क्रिस्टल में शॉर्ट-रेंज और लॉन्ग-रेंज ऑर्डर दोनों मौजूद होते हैं। तरल पानी में (एक ध्रुवीय तरल के रूप में), क्रिस्टल संरचना के कुछ तत्व संरक्षित होते हैं (इसके अलावा, गैस चरण में भी, तरल अणुओं को छोटे अस्थिर समूहों में क्रमबद्ध किया जाता है), लेकिन कोई लंबी दूरी का क्रम नहीं है। इस प्रकार, एक तरल की संरचना शॉर्ट-रेंज ऑर्डर की उपस्थिति में गैस की संरचना से भिन्न होती है, लेकिन यह लंबी दूरी के क्रम के अभाव में क्रिस्टल की संरचना से भिन्न होती है। इसका सबसे पुख्ता सबूत एक्स-रे स्कैटरिंग का अध्ययन है। तरल पानी में प्रत्येक अणु के तीन पड़ोसी एक परत में स्थित होते हैं और पड़ोसी परत (0.276 एनएम) से चौथे अणु की तुलना में इससे (0.294 एनएम) अधिक दूरी पर होते हैं। बर्फ की तरह ढांचे की संरचना में प्रत्येक पानी के अणु एक दर्पण-सममित (मजबूत) और तीन केंद्रीय सममित (कम मजबूत) बंधन बनाते हैं। पहला किसी दिए गए परत के पानी के अणुओं और पड़ोसी परतों के बीच के बंधन से संबंधित है, बाकी - एक परत के पानी के अणुओं के बीच के बंधन से संबंधित है। इसलिए, सभी बांडों का एक चौथाई दर्पण-सममित हैं, और तीन-चौथाई केंद्रीय रूप से सममित हैं। पानी के अणुओं के टेट्राहेड्रल वातावरण की अवधारणा ने निष्कर्ष निकाला कि इसकी संरचना अत्यधिक खुली है और इसमें रिक्तियां हैं, जिनके आयाम पानी के अणुओं के आयामों के बराबर या उससे अधिक हैं।

तरल पानी की संरचना के तत्व। ए - प्राथमिक जल टेट्राहेड्रोन (प्रकाश वृत्त - ऑक्सीजन परमाणु, काला आधा - हाइड्रोजन बंधन पर प्रोटॉन की संभावित स्थिति); बी - टेट्राहेड्रा की दर्पण-सममित व्यवस्था; सी - केंद्रीय सममित व्यवस्था; डी - साधारण बर्फ की संरचना में ऑक्सीजन केंद्रों का स्थान। हाइड्रोजन बांडों के कारण अंतर-आणविक संपर्क के महत्वपूर्ण बलों द्वारा पानी की विशेषता है, जो एक स्थानिक नेटवर्क बनाते हैं। जैसा कि हमने पिछले व्याख्यान में कहा था, एक हाइड्रोजन बंधन एक इलेक्ट्रोनगेटिव तत्व से जुड़े हाइड्रोजन परमाणु की क्षमता के कारण दूसरे अणु के एक इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु के साथ एक अतिरिक्त बंधन बनाने के लिए होता है। हाइड्रोजन बांड अपेक्षाकृत मजबूत होता है और प्रति मोल कई 20-30 किलोजूल के बराबर होता है। ताकत के संदर्भ में, यह वैन डेर वाल्स ऊर्जा और आम तौर पर आयनिक बंधन की ऊर्जा के बीच एक मध्यवर्ती स्थान रखता है। पानी के अणु में, रासायनिक ऊर्जा एच-ओ बांड 456 kJ/mol है, और H...O हाइड्रोजन बांड ऊर्जा 21 kJ/mol है।

हाइड्रोजन यौगिक
आणविक भार तापमान,
जम कर उबलना
H2Te 130 -51 -4
एच2एसई 81-64-42
H2S 34 -82 -61
एच2ओ 18 0! +100!

बर्फ की संरचना। सामान्य बर्फ। बिंदीदार रेखा - एच-बॉन्ड। बर्फ की ओपनवर्क संरचना में H2O अणुओं से घिरी छोटी गुहाएँ दिखाई देती हैं।
इस प्रकार, बर्फ की संरचना पानी के अणुओं का एक ओपनवर्क निर्माण है, जो केवल हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से जुड़ा होता है। बर्फ की संरचना में पानी के अणुओं का स्थान संरचना में विस्तृत चैनलों की उपस्थिति को निर्धारित करता है। बर्फ के पिघलने के दौरान, पानी के अणु इन चैनलों में "गिर" जाते हैं, जो बर्फ के घनत्व की तुलना में पानी के घनत्व में वृद्धि की व्याख्या करता है। बर्फ के क्रिस्टल नियमित हेक्सागोनल प्लेटों, सारणीबद्ध पृथक्करणों और जटिल आकार के अंतर्वृद्धि के रूप में होते हैं। संरचना सामान्य बर्फएच-बॉन्ड द्वारा निर्धारित: यह इन बांडों की ज्यामिति के लिए अच्छा है (ओ-एच सीधे ओ को देखता है), लेकिन एच 2 ओ अणुओं के तंग वैन डेर वाल्स संपर्क के लिए बहुत अच्छा नहीं है। इसलिए, बर्फ की संरचना ओपनवर्क है, इसमें H2O अणु सूक्ष्म (आकार में H2O अणु से कम) छिद्रों को ढँक देते हैं। बर्फ की ओपनवर्क संरचना दो प्रसिद्ध प्रभावों की ओर ले जाती है: (1) बर्फ पानी की तुलना में कम घनी होती है, इसमें तैरती है; और (2) मजबूत दबाव में - उदाहरण के लिए, एक स्केट के ब्लेड बर्फ को पिघलाते हैं। बर्फ में मौजूद अधिकांश हाइड्रोजन बांड तरल पानी में संरक्षित होते हैं। यह उबलते पानी की गर्मी (0 डिग्री सेल्सियस पर 600 कैलोरी/जी) की तुलना में पिघलने वाली बर्फ (80 कैलोरी/जी) की गर्मी की छोटीता से अनुसरण करता है। यह कहा जा सकता है कि केवल 80/(600+80) = 12% एच-बांड तरल पानी में बर्फ के टूटने में मौजूद हैं। हालांकि, यह तस्वीर - कि पानी में कुछ हाइड्रोजन बंधन टूट गए हैं, और कुछ संरक्षित हैं - पूरी तरह से सटीक नहीं है: बल्कि, पानी में सभी हाइड्रोजन बंधन ढीले हो जाते हैं। यह निम्नलिखित प्रयोगात्मक डेटा द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है।

समाधान की संरचना। से ठोस उदाहरणपानी के लिए, चलो अन्य तरल पदार्थों पर चलते हैं। विभिन्न तरल पदार्थ अणुओं के आकार और अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं की प्रकृति में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। इस प्रकार, प्रत्येक विशिष्ट तरल में एक निश्चित स्यूडोक्रिस्टलाइन संरचना होती है, जो शॉर्ट-रेंज ऑर्डर द्वारा विशेषता होती है और कुछ हद तक, एक तरल जमने और ठोस में बदल जाने पर प्राप्त संरचना से मिलती जुलती होती है। किसी अन्य पदार्थ को घोलते समय, अर्थात। जब कोई विलयन बनता है, तो अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं की प्रकृति बदल जाती है और शुद्ध विलायक की तुलना में कणों की एक अलग व्यवस्था के साथ एक नई संरचना दिखाई देती है। यह संरचना समाधान की संरचना पर निर्भर करती है और प्रत्येक विशेष समाधान के लिए विशिष्ट होती है। शिक्षा तरल समाधानआमतौर पर एक सॉल्वेशन प्रक्रिया के साथ, अर्थात। अंतर-आणविक बलों की क्रिया के कारण विलेय अणुओं के चारों ओर विलायक अणुओं का संरेखण। निकट और दूर के समाधान के बीच अंतर करें, अर्थात्। विलेय के अणुओं (कणों) के चारों ओर प्राथमिक और द्वितीयक विलायक कोश बनते हैं। प्राथमिक सॉल्वैंशन शेल में, विलायक के अणु निकटता में होते हैं, जो विलेय के अणुओं के साथ-साथ चलते हैं। प्राथमिक विलायक खोल में विलायक अणुओं की संख्या को विलायक समन्वय संख्या कहा जाता है, जो विलायक की प्रकृति और विलेय की प्रकृति दोनों पर निर्भर करता है। द्वितीयक सॉल्वैंशन शेल की संरचना में विलायक अणु शामिल होते हैं जो बहुत अधिक दूरी पर स्थित होते हैं और प्राथमिक सॉल्वैंशन शेल के साथ बातचीत के कारण समाधान में होने वाली प्रक्रियाओं को प्रभावित करते हैं।
सॉल्वैट्स की स्थिरता पर विचार करते समय, गतिज और थर्मोडायनामिक स्थिरता के बीच अंतर किया जाता है।
जलीय घोलों में, गतिज जलयोजन (O.Ya। समोइलोव) की मात्रात्मक विशेषताएं i / और Ei = Ei-E मान हैं, जहां i और संतुलन में पानी के अणुओं का औसत निवास समय है। i-th आयन के पास और शुद्ध पानी में स्थिति, और Ei और E पानी में स्व-प्रसार प्रक्रिया की विनिमय सक्रियण ऊर्जा और सक्रियण ऊर्जा हैं। ये मात्राएँ एक दूसरे से एक अनुमानित संबंध से संबंधित हैं:
i/ क्स्प (Ei/RT)
अगर EI 0, i/ 1 (आयन के निकटतम पानी के अणुओं का आदान-प्रदान शुद्ध पानी में अणुओं के बीच विनिमय की तुलना में कम बार (धीमा) होता है) - सकारात्मक जलयोजन
अगर EI 0, i/ 1 (आयन के निकटतम पानी के अणुओं का आदान-प्रदान शुद्ध पानी में अणुओं के बीच विनिमय की तुलना में अधिक बार (तेज) होता है) - नकारात्मक जलयोजन

तो, लिथियम आयन के लिए EI = 1.7 kJ/mol, और सीज़ियम आयन Ei= - 1.4 kJ/mol के लिए, अर्थात। एक छोटा "कठिन" लिथियम आयन पानी के अणुओं को एक ही चार्ज के साथ बड़े और "फैलाने" सीज़ियम आयन की तुलना में अधिक मजबूती से रखता है। गठित सॉल्वैट्स की थर्मोडायनामिक स्थिरता, सॉल्वैंशन (solvG) = (solvH) - T(solvS) के दौरान गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन द्वारा निर्धारित की जाती है। यह मान जितना अधिक ऋणात्मक होगा, सॉल्वेट उतना ही अधिक स्थिर होगा। मूल रूप से, यह सॉल्वैंशन की थैलीपी के नकारात्मक मूल्यों से निर्धारित होता है।
समाधान की अवधारणा और समाधान के सिद्धांत। एक प्रकार के कणों के बीच के बंधों के नष्ट होने और दूसरे प्रकार के बंधों के बनने और विसरण के कारण पदार्थ के पूरे आयतन में वितरण के कारण दो या दो से अधिक पदार्थ संपर्क में आने पर सही समाधान स्वतः प्राप्त होते हैं। उनके गुणों के अनुसार समाधान आदर्श और वास्तविक में विभाजित हैं, इलेक्ट्रोलाइट्स और गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान, पतला और केंद्रित, असंतृप्त, संतृप्त और सुपरसैचुरेटेड। रास्टर के गुण MMW की प्रकृति और परिमाण पर निर्भर करते हैं। ये इंटरैक्शन हो सकते हैं भौतिक प्रकृति(वैन डेर वाल्स फोर्स) और जटिल भौतिक और रासायनिक प्रकृति (हाइड्रोजन बांड, आयन-आणविक, चार्ज-ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स, आदि)। समाधान निर्माण की प्रक्रिया को परस्पर क्रिया करने वाले कणों के बीच आकर्षक और प्रतिकारक बलों के एक साथ प्रकट होने की विशेषता है। प्रतिकारक बलों की अनुपस्थिति में, कण विलीन हो जाते हैं (एक साथ चिपक जाते हैं) और तरल पदार्थ अनिश्चित काल तक संकुचित हो सकते हैं; आकर्षक बलों की अनुपस्थिति में, तरल या ठोस प्राप्त करना असंभव होगा। पिछले व्याख्यान में, हमने भौतिक और पर विचार किया था रासायनिक सिद्धांतसमाधान।
हालांकि, समाधान के एक एकीकृत सिद्धांत के निर्माण में महत्वपूर्ण कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है और वर्तमान में इसे अभी तक नहीं बनाया गया है, हालांकि क्वांटम यांत्रिकी, सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स और भौतिकी, क्रिस्टल रसायन शास्त्र, एक्स-रे विवर्तन के सबसे आधुनिक तरीकों का उपयोग करके शोध किया जा रहा है। विश्लेषण, ऑप्टिकल तरीके और एनएमआर विधियां। प्रतिक्रियाशील क्षेत्र। इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की ताकतों के विचार को जारी रखते हुए, हम "प्रतिक्रियाशील क्षेत्र" की अवधारणा पर विचार करेंगे, जो कि संघनित पदार्थ और वास्तविक गैसों की संरचना और संरचना को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से, तरल अवस्था, और इसलिए संपूर्ण भौतिक रसायनतरल समाधान।
एक प्रतिक्रियाशील क्षेत्र ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय अणुओं के मिश्रण में होता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन और नेफ्थेनिक एसिड के मिश्रण के लिए। ध्रुवीय अणु एक निश्चित समरूपता के क्षेत्र के साथ कार्य करते हैं (क्षेत्र समरूपता रिक्त आणविक कक्षाओं की समरूपता द्वारा निर्धारित की जाती है) और गैर-ध्रुवीय अणुओं पर तीव्रता एच। उत्तरार्द्ध चार्ज पृथक्करण के कारण ध्रुवीकृत होते हैं, जो एक द्विध्रुवीय की उपस्थिति (प्रेरण) की ओर जाता है। एक प्रेरित द्विध्रुव के साथ एक अणु, बदले में, एक ध्रुवीय अणु पर कार्य करता है, इसके विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बदलता है, अर्थात। एक प्रतिक्रियाशील (प्रतिक्रिया) क्षेत्र को उत्तेजित करता है। एक प्रतिक्रियाशील क्षेत्र की उपस्थिति से कणों की अंतःक्रियात्मक ऊर्जा में वृद्धि होती है, जो ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय अणुओं के मिश्रण में ध्रुवीय अणुओं के लिए मजबूत सॉल्वैंशन के गोले के निर्माण में व्यक्त की जाती है।
प्रतिक्रियाशील क्षेत्र ऊर्जा की गणना निम्न सूत्र के अनुसार की जाती है: जहां:
चिह्न "-" - अणुओं के आकर्षण को निर्धारित करता है
एस - स्थैतिक विद्युत पारगम्यता
असीमित अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु ध्रुवीकरण के कारण पारगम्यता है
एनए - अवोगाद्रो की संख्या
वीएम एक आइसोट्रोपिक तरल में एक ध्रुवीय पदार्थ के 1 मोल द्वारा कब्जा कर लिया गया आयतन है v = द्विध्रुवीय क्षण
ईआर समाधान में एक ध्रुवीय पदार्थ के 1 मोल की ऊर्जा है
"प्रतिक्रियाशील क्षेत्र" की अवधारणा हमें शुद्ध तरल पदार्थों और समाधानों की संरचना को बेहतर ढंग से समझने की अनुमति देगी। प्रतिक्रियाशील क्षेत्र के अध्ययन के लिए क्वांटम-रासायनिक दृष्टिकोण एम.वी. के कार्यों में विकसित किया गया था। एल। हां। कारपोवा इस प्रकार, तरल अवस्था की समस्या अपने युवा शोधकर्ताओं की प्रतीक्षा कर रही है। आप और आपके हाथ में कार्ड।

सबसे पहले, इस बात पर एक बार फिर जोर दिया जाना चाहिए कि गैस, तरल और ठोस पदार्थ की समग्र अवस्थाएँ हैं और इस अर्थ में उनके बीच कोई दुर्गम अंतर नहीं है: तापमान और दबाव के आधार पर कोई भी पदार्थ, किसी भी समग्र अवस्था में हो सकता है। . हालांकि, गैसीय, तरल और ठोस निकायों के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं। क्योंकि ठोस और तरल पदार्थ में कई होते हैं सामान्य गुण, हमारे पाठ्यक्रम में इन दो राज्यों के एकत्रीकरण पर एक साथ विचार करना समझ में आता है।

एक ओर एक गैस और दूसरी ओर ठोस और तरल पिंडों के बीच आवश्यक अंतर यह है कि गैस उसे प्रदान किए गए बर्तन के पूरे आयतन पर कब्जा कर लेती है, जबकि बर्तन में रखा गया तरल या ठोस केवल एक ही होता है इसमें बहुत निश्चित मात्रा। यह गैसों और ठोस और तरल निकायों में तापीय गति की प्रकृति में अंतर के कारण है।

गैस के अणु व्यावहारिक रूप से अंतर-आणविक बलों द्वारा परस्पर जुड़े नहीं होते हैं (देखें 35)। किसी भी स्थिति में, गैस अणुओं की तापीय गति की औसत गतिज ऊर्जा उनके बीच संसक्त बलों के कारण औसत संभावित ऊर्जा से बहुत अधिक होती है। इसलिए, गैस के अणु अपेक्षाकृत बड़े मुक्त पथ बनाते हैं, जहां तक ​​​​एक दूसरे से "बिखरते" हैं पोत का आकार अनुमति देता है, और इसकी पूरी मात्रा पर कब्जा कर लेता है। इसके अनुसार, गैसों में प्रसार तेजी से होता है।

ठोस और तरल निकायों में, अणुओं (परमाणुओं, आयनों) के बीच संयोजी बल पहले से ही एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं, उन्हें एक दूसरे से कुछ दूरी पर रखते हैं (देखें 35, चित्र 67, ए)। इन निकायों में, अणुओं के बीच आसंजन की ताकतों के कारण औसत संभावित ऊर्जा अणुओं की तापीय गति की औसत गतिज ऊर्जा से अधिक होती है। दूसरे शब्दों में, औसतन अणुओं की गतिज ऊर्जा आकर्षण की ताकतों को दूर करने के लिए अपर्याप्त है उन दोनों के बीच।

एक तरल में अणुओं के घने "पैकिंग" के कारण, वे अब मुक्त पथ नहीं बनाते हैं, लेकिन, जैसा कि यह था, जगह में "धक्का" (एक निश्चित संतुलन स्थिति के आसपास दोलन)। केवल समय-समय पर, टक्करों के अनुकूल संयोजन के कारण, अणु स्वयं अणु के आकार के बराबर दूरी पर एक नए स्थान पर जा सकता है। स्वाभाविक रूप से, तरल पदार्थों में प्रसार गैसों की तुलना में बहुत धीमी गति से होता है।

एक ठोस शरीर में, कण (अणु, परमाणु, आयन) एक ज्यामितीय रूप से कड़ाई से परिभाषित क्रम में व्यवस्थित होते हैं, तथाकथित क्रिस्टल जाली बनाते हैं। कण अपनी संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करते हैं। एक ठोस में एक स्थान से दूसरे स्थान पर कणों का संक्रमण संभव है, लेकिन बहुत दुर्लभ है। इसलिए, हालांकि प्रसार ठोस पदार्थों में भी होता है, यह यहां तरल पदार्थों की तुलना में अधिक धीरे-धीरे आगे बढ़ता है।

पदार्थ की ठोस, तरल और गैसीय अवस्थाओं के बीच अंतर के भौतिक सार को अणुओं के परस्पर क्रिया के संभावित वक्र की मदद से और भी स्पष्ट रूप से समझाया जा सकता है, जो हम पहले ही 35 में मिल चुके हैं (चित्र 67 देखें, बी) . आइए इस वक्र को कुछ जोड़ के साथ पुन: पेश करें (चित्र। 93)।

अणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा के मूल्यों को कोर्डिनेट अक्ष के साथ प्लॉट किया जाता है, और अणुओं के बीच की दूरी को एब्सिस्सा अक्ष के साथ प्लॉट किया जाता है। तुलना की सुविधा के लिए अणुओं की तापीय गति की औसत गतिज ऊर्जा के मूल्यों को संभावित कुएं के नीचे बी के स्तर से स्थगित कर दिया जाएगा।

यदि अणुओं की ऊष्मीय गति की औसत गतिज ऊर्जा संभावित कुएं की गहराई से बहुत कम है, तो अणु छोटे दोलन करते हैं, शेष संभावित कुएं के निचले हिस्से (स्तर से नीचे) में रहते हैं। यह मामला ठोस से मेल खाता है वस्तुस्थिति।

यदि अणुओं की ऊष्मीय गति की औसत गतिज ऊर्जा संभावित कुएं की गहराई से थोड़ी कम है, तो अणु महत्वपूर्ण दोलन गति करते हैं, लेकिन सभी संभावित कुएं के भीतर रहते हैं। यह मामला पदार्थ की तरल अवस्था से मेल खाता है।

यदि अणुओं की ऊष्मीय गति की औसत गतिज ऊर्जा काफी है अधिक गहराईसंभावित रूप से अच्छी तरह से, तो अणु इससे बाहर निकल जाएंगे और अपने रिश्ते को खो देने के बाद, स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ेंगे (मुक्त रन बनाएंगे)। यह मामला पदार्थ की गैसीय अवस्था से मेल खाता है।

इस प्रकार, एक ओर गैस और दूसरी ओर ठोस और तरल निकायों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर इस तथ्य के कारण है कि गैस के अणुओं के लिए, थर्मल गति की औसत गतिज ऊर्जा का मूल्य गहराई से अधिक होता है। संभावित कुएं, और ठोस और तरल निकायों के अणुओं के लिए, यह संभावित कुएं की गहराई से कम है।

इस तथ्य के कारण कि एक ठोस के अणु एक तरल के अणुओं की तुलना में एक दूसरे से अधिक मजबूती से बंधे होते हैं, एक ठोस, एक तरल के विपरीत, न केवल मात्रा की स्थिरता की विशेषता होती है, बल्कि आकार भी होती है। आइए हम एक ठोस की क्रिस्टल संरचना के प्रश्न पर अधिक विस्तार से विचार करें।

विशेषता बाहरी संकेतक्रिस्टल इसका ज्यामितीय रूप से सही आकार है (चित्र। 94)। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक नमक क्रिस्टल में एक घन (ए) का आकार होता है, एक बर्फ क्रिस्टल में एक हेक्सागोनल प्रिज्म का आकार होता है, एक हीरे के क्रिस्टल में एक ऑक्टाहेड्रोन (ऑक्टाहेड्रोन, सी) आदि का आकार होता है। प्रत्येक क्रिस्टलीय पदार्थ के लिए , इसे सीमित करने वाली सतहों (चेहरे) के बीच का कोण सख्ती से है

एक निश्चित मूल्य (टेबल सॉल्ट के लिए - 90 °, बर्फ के लिए - 120 °, आदि)। क्रिस्टल आसानी से कुछ विमानों के साथ दरार कर लेते हैं जिन्हें क्लेवाज प्लेन कहा जाता है। इससे छोटे क्रिस्टल बनते हैं, लेकिन आकार समान होता है। तो, टेबल नमक के क्रिस्टल को कुचलने पर, छोटे क्यूब्स और आयताकार समानांतर चतुर्भुज बनते हैं।

विख्यात तथ्यों ने एक बार इस विचार को जन्म दिया कि क्रिस्टलीय शरीर प्राथमिक कोशिकाओं (क्यूब्स, या हेक्सागोनल प्रिज्म, या ऑक्टाहेड्रा, आदि) से बना है, जो एक दूसरे से कसकर जुड़ा हुआ है। और इसका मतलब है कि क्रिस्टलीय शरीर के कणों (अणुओं या परमाणुओं में, या आयन) एक दूसरे के सापेक्ष कड़ाई से सममित क्रम में व्यवस्थित होते हैं, एक स्थानिक, या क्रिस्टलीय, जाली बनाते हैं; कणों के स्थानों को जाली नोड्स कहा जाता है।

इस परिकल्पना को 1848 में फ्रांसीसी क्रिस्टलोग्राफर ब्रावाइस ने सामने रखा था।

सरलतम स्थानिक जालक का एक उदाहरण सोडियम क्लोराइड का क्रिस्टल जालक है (चित्र 95, क)। किनारे के साथ इसकी इकाई कोशिका (बोल्ड लाइनों द्वारा आकृति में हाइलाइट की गई) घन के कोने पर स्थित सकारात्मक सोडियम आयनों और नकारात्मक क्लोराइड आयनों द्वारा बनाई गई है।

स्थानिक झंझरी के रूप भिन्न हो सकते हैं, लेकिन कोई भी नहीं: यह आवश्यक है कि झंझरी बनाने वाली प्राथमिक कोशिकाएं बिना अंतराल के एक-दूसरे पर बारीकी से लागू हों, जो झंझरी की न्यूनतम संभावित ऊर्जा से मेल खाती हैं। आवश्यक तरीके से, उदाहरण के लिए, क्यूबिक कोशिकाओं और कोशिकाओं को हेक्सागोनल प्रिज्म (छवि 95, बी और सी) के रूप में रखना संभव है, लेकिन कोशिकाओं को पांच-तरफा प्रिज्म के रूप में रखना असंभव है ( अंजीर। 95, डी)।

1890 में, ई.एस. फेडोरोव ने सैद्धांतिक रूप से क्रिस्टल जाली के सभी संभावित रूपों की गणना की, जिनमें से कोशिकाएं करीब पैकिंग की अनुमति देती हैं, और पाया कि केवल 230 विभिन्न प्रकार 32 समरूपता वर्ग बनाने वाले क्रिस्टल जाली। वर्तमान शताब्दी में किए गए क्रिस्टल के एक्स-रे अध्ययन (§ 125 देखें) ने पुष्टि की है कि क्रिस्टल में सममित रूप से व्यवस्थित कण (परमाणु, या अणु, या आयन) होते हैं जो एक क्रिस्टल जाली बनाते हैं। इसके अलावा, एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण एक लंबी संख्याप्राकृतिक और कृत्रिम क्रिस्टल, केवल 230 विभिन्न प्रकार के क्रिस्टल जाली पाए गए - ई.एस. फेडोरोव की सैद्धांतिक गणनाओं का पूर्ण अनुपालन।

क्रिस्टल जाली में कणों की व्यवस्था की समरूपता इस तथ्य के कारण है कि इस मामले में कणों के बीच बातचीत (आकर्षण और प्रतिकर्षण) की ताकत संतुलित होती है (देखें 35)। इस मामले में, कणों की संभावित ऊर्जा न्यूनतम है।

क्रिस्टल में कणों के बीच की दूरी स्वयं कणों के आकार के क्रम में छोटी होती है। एक तरल में अणुओं के बीच की दूरी उसी क्रम की होती है, जैसा कि ज्ञात है, क्रिस्टल के पिघलने के दौरान इसके आयतन में कोई उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होती है।

क्रिस्टल की एक उल्लेखनीय विशेषता इसकी अनिसोट्रॉपी है; विभिन्न दिशाओं में, क्रिस्टल के विभिन्न भौतिक गुण होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, बिना किसी अपवाद के सभी क्रिस्टल में शक्ति अनिसोट्रॉपी होती है; क्रिस्टल के विशाल बहुमत तापीय चालकता, विद्युत चालकता, अपवर्तन, आदि के संबंध में अनिसोट्रोपिक हैं। क्रिस्टल की अनिसोट्रॉपी को मुख्य रूप से इस तथ्य से समझाया गया है कि स्थानिक जाली में उसी के खंडों पर गिरने वाले कणों की संख्या में अंतर होता है। लंबाई, लेकिन दिशा में भिन्न, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 96 (झंझरी के क्षैतिज खंड पर 8 कण हैं, झुके हुए पर 6 कण हैं, और दूसरे झुके हुए पर 3 कण हैं)। यह स्पष्ट है कि क्रिस्टल जाली के कणों की अलग-अलग दिशाओं में व्यवस्था के घनत्व में अंतर से क्रिस्टल की इन दिशाओं के साथ कई अन्य गुणों में भी अंतर आ सकता है।

क्रिस्टलीय अवस्था प्रकृति में बहुत सामान्य है: अधिकांश ठोस (खनिज, धातु, पौधे के रेशे, प्रोटीन, कालिख, रबर, आदि) क्रिस्टल होते हैं। हालांकि, इन सभी निकायों में पहले से स्पष्ट रूप से व्यक्त क्रिस्टलीय गुण समान नहीं हैं। इस संबंध में, निकायों को दो समूहों में बांटा गया है: एकल क्रिस्टल और पॉलीक्रिस्टल। मोनोक्रिस्टल - एक पिंड, जिसके सभी कण एक सामान्य स्थानिक जाली में फिट होते हैं। एकल क्रिस्टल अनिसोट्रोपिक है। एकल क्रिस्टल

अधिकांश खनिज है। पॉलीक्रिस्टल - एक शरीर जिसमें कई छोटे एकल क्रिस्टल होते हैं जो एक दूसरे के सापेक्ष बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित होते हैं। इसलिए, पॉलीक्रिस्टल आइसोट्रोपिक होते हैं, अर्थात उनके सभी दिशाओं में समान भौतिक गुण होते हैं। धातुएँ पॉलीक्रिस्टल के उदाहरण हैं। हालाँकि, धातु को एकल क्रिस्टल के रूप में भी प्राप्त किया जा सकता है, यदि पिघल को पहले इस धातु के एक क्रिस्टल (तथाकथित नाभिक) में डालकर धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है। यह इस नाभिक के आसपास है कि एक धातु एकल क्रिस्टल विकसित होगा।

क्रिस्टल जाली किन कणों से बनती है, इसके आधार पर जाली के चार मुख्य समूह होते हैं: आयनिक, परमाणु, आणविक और धात्विक।

आयनिक जाली विद्युत बलों द्वारा जाली नोड्स में रखे विपरीत आवेशित आयनों से बनती है। अधिकांश क्रिस्टल में एक आयनिक जाली होती है।

परमाणु जाली रासायनिक (वैलेंस) बंधों द्वारा जाली स्थलों पर रखे गए तटस्थ परमाणुओं द्वारा बनाई गई है: पड़ोसी परमाणुओं ने बाहरी (वैलेंस) इलेक्ट्रॉनों को साझा किया है। उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट में एक परमाणु जाली होती है।

आणविक जाली ध्रुवीय (द्विध्रुवीय) अणुओं (§ 81 देखें) द्वारा बनाई गई है, जो विद्युत बलों द्वारा जाली स्थलों पर भी आयोजित की जाती हैं। हालांकि, ध्रुवीय अणुओं के लिए, इन बलों का प्रभाव आयनों की तुलना में कमजोर होता है। इसलिए, आणविक जाली वाले पदार्थ अपेक्षाकृत आसानी से विकृत हो जाते हैं। अधिकांश कार्बनिक यौगिकों (सेल्युलोज, रबर, पैराफिन, आदि) में एक आणविक क्रिस्टल जाली होती है।

धातु की जाली मुक्त इलेक्ट्रॉनों से घिरे धनात्मक धातु आयनों से बनती है। ये इलेक्ट्रॉन धातु की जाली के आयनों को आपस में बांधते हैं। ऐसी जाली धातुओं की विशेषता है।

आधुनिक भौतिकी क्रिस्टलीय पिंडों को ठोस पिंड मानती है। तरल पदार्थ, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, कणों की एक यादृच्छिक व्यवस्था की विशेषता है, इसलिए तरल पदार्थ आइसोट्रोपिक हैं। ठोस (क्रिस्टलीय) अवस्था बने बिना कुछ तरल पदार्थ अत्यधिक सुपरकूल किए जा सकते हैं। हालांकि, ऐसे तरल पदार्थों की चिपचिपाहट इतनी अधिक होती है कि वे व्यावहारिक रूप से अपनी तरलता खो देते हैं, ठोस की तरह, अपना आकार बनाए रखते हैं। ऐसे निकायों को अनाकार कहा जाता है। इस प्रकार, आधुनिक भौतिकी अनाकार निकायों को अत्यधिक चिपचिपाहट के साथ सुपरकूल्ड तरल पदार्थ मानती है। अनाकार निकायों में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, पिच, कांच, राल-रोसिन, आदि। यह स्पष्ट है कि अनाकार निकाय आइसोट्रोपिक हैं। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि अनाकार निकाय, समय के साथ (लंबे) क्रिस्टलीय अवस्था में जा सकते हैं। कांच में, उदाहरण के लिए, क्रिस्टल समय के साथ दिखाई देते हैं: यह बादल बनने लगता है, एक पॉलीक्रिस्टलाइन शरीर में बदल जाता है।

पर हाल के समय मेंप्रौद्योगिकी में, कार्बनिक अनाकार पदार्थ व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जिनमें से व्यक्तिगत अणु

रासायनिक (वैलेंस) बंधों के कारण, वे एक दूसरे के साथ (पोलीमराइज़) लंबी श्रृंखलाओं में जुड़ते हैं, जिसमें कई हजारों व्यक्तिगत अणुओं के कुछ मामले होते हैं। ऐसे पदार्थों को बहुलक कहा जाता है बहुलक का एक विशिष्ट प्रतिनिधि प्लास्टिक है। पॉलिमर की एक बहुत ही मूल्यवान संपत्ति उनकी उच्च लोच और ताकत है। उदाहरण के लिए, कुछ पॉलिमर अपनी मूल लंबाई के 2-5 गुना लोचदार खिंचाव का सामना करते हैं। बहुलक के इन गुणों को इस तथ्य से समझाया जाता है कि विरूपण के दौरान लंबी आणविक श्रृंखलाओं को घनी गेंदों में मोड़ा जा सकता है या, इसके विपरीत, सीधी रेखाओं में खींचा जा सकता है। वर्तमान में, प्राकृतिक और कृत्रिम कार्बनिक यौगिकों का उपयोग विभिन्न प्रकार के पूर्व निर्धारित गुणों वाले पॉलिमर बनाने के लिए किया जाता है।