คุณสมบัติของโครงสร้างโมเลกุลของของเหลว

ของเหลวจัดอันดับตามคุณสมบัติและโครงสร้าง ตำแหน่งกลางระหว่างก๊าซและของแข็งที่เป็นผลึก ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติทั้งสารที่เป็นก๊าซและของแข็ง ในทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล สถานะการรวมตัวของสารที่แตกต่างกันมีความสัมพันธ์กับลำดับของโมเลกุลที่ต่างกัน สำหรับของแข็งที่เรียกว่า สั่งซื้อระยะไกลในการจัดเรียงอนุภาคเช่น การจัดเรียงที่ได้รับคำสั่งของพวกเขา ทำซ้ำในระยะทางไกล ในของเหลวมีสิ่งที่เรียกว่า ปิดรับออเดอร์ในการจัดเรียงอนุภาคเช่น การจัดเรียงที่ได้รับคำสั่งซึ่งทำซ้ำในระยะทางนั้นเทียบได้กับการจัดวางระหว่างอะตอม ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิการตกผลึก โครงสร้างของของเหลวจะใกล้เคียงกับของแข็ง ที่อุณหภูมิสูงใกล้กับจุดเดือด โครงสร้างของของเหลวจะสอดคล้องกัน สถานะก๊าซ– โมเลกุลเกือบทั้งหมดมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่ไม่เป็นระเบียบ

ของเหลว เช่น ของแข็ง มีปริมาตรที่แน่นอน และเช่นเดียวกับก๊าซ พวกมันจะมีรูปทรงเหมือนภาชนะที่พวกมันตั้งอยู่ โมเลกุลของก๊าซไม่ได้เชื่อมต่อกันด้วยแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและในกรณีนี้คือพลังงานเฉลี่ย การเคลื่อนไหวด้วยความร้อนโมเลกุลของก๊าซมีค่ามากกว่าพลังงานศักย์เฉลี่ยที่เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างพวกมันมาก ดังนั้นโมเลกุลของก๊าซจึงแยกออกจากกันในทิศทางที่ต่างกันและก๊าซก็ครอบครองปริมาตรที่ให้ไว้ ในของแข็งและของเหลว แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีความสำคัญอยู่แล้ว และให้โมเลกุลอยู่ห่างจากกันในระดับหนึ่ง ในกรณีนี้พลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลน้อยกว่าพลังงานศักย์เฉลี่ยเนื่องจากแรงของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลและไม่เพียงพอที่จะเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลดังนั้นของแข็งและของเหลวจึงมีปริมาตรที่แน่นอน

ความดันในของเหลวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและปริมาตรที่ลดลง การขยายตัวตามปริมาตรของของเหลวนั้นน้อยกว่าการขยายตัวของไอระเหยและก๊าซมาก เนื่องจากแรงที่เชื่อมต่อโมเลกุลในของเหลวมีความสำคัญมากกว่า ข้อสังเกตเดียวกันนี้ใช้กับการขยายตัวทางความร้อน

ความจุความร้อนของของเหลวมักจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ (แม้ว่าจะเพียงเล็กน้อยเท่านั้น) อัตราส่วน Ср/СV นั้นแทบจะเท่ากับความสามัคคี

ทฤษฎีเรื่องของเหลวยังไม่ได้รับการพัฒนาเต็มที่ การพัฒนาปัญหาหลายประการในการศึกษาคุณสมบัติที่ซับซ้อนของของเหลวเป็นของ Ya.I. เฟรงเคิล (1894–1952) เขาอธิบายการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในของเหลวโดยข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะแกว่งไปมาเป็นระยะเวลาหนึ่งรอบตำแหน่งสมดุลที่แน่นอน หลังจากนั้นโมเลกุลจะเคลื่อนไปยังตำแหน่งใหม่อย่างกะทันหัน โดยแยกออกจากโมเลกุลเดิมที่ระยะห่างจากลำดับของอะตอมระหว่างอะตอม ดังนั้นโมเลกุลของของเหลวจึงเคลื่อนที่ค่อนข้างช้าตลอดมวลของของเหลว เมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น ความถี่ของการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น

จากแบบจำลอง Frenkel สามารถอธิบายได้บางส่วน คุณสมบัติที่โดดเด่น คุณสมบัติของของเหลว ดังนั้นของเหลวแม้จะอยู่ใกล้อุณหภูมิวิกฤติก็ยังมีค่ามากกว่ามาก ความหนืดกว่าก๊าซและความหนืดจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (และไม่เพิ่มขึ้นสำหรับก๊าซ) สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยธรรมชาติที่แตกต่างกันของกระบวนการถ่ายโอนโมเมนตัม: มันถูกส่งโดยโมเลกุลที่กระโดดจากสถานะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง และการกระโดดเหล่านี้จะบ่อยขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การแพร่กระจายในของเหลวเกิดขึ้นเนื่องจากการกระโดดของโมเลกุลเท่านั้น และเกิดขึ้นช้ากว่าในก๊าซมาก การนำความร้อนของเหลวเกิดจากการแลกเปลี่ยนพลังงานจลน์ระหว่างอนุภาคที่สั่นรอบตำแหน่งสมดุลด้วยแอมพลิจูดต่างกัน การกระโดดของโมเลกุลอย่างกะทันหันไม่ได้มีบทบาทที่เห็นได้ชัดเจน กลไกการนำความร้อนคล้ายกับกลไกในก๊าซ คุณลักษณะเฉพาะของเหลวคือความสามารถในการมี พื้นผิวฟรี(ไม่จำกัดด้วยกำแพงทึบ)

มีการเสนอทฤษฎีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลของของเหลว

1. แบบจำลองโซนใน ช่วงเวลานี้เวลา ของเหลวถือได้ว่าประกอบด้วยบริเวณที่มีการจัดเรียงโมเลกุลอยู่ ในลำดับที่ถูกต้องก่อตัวเป็นไมโครคริสตัล (โซน) พื้นที่เหล่านี้ดูเหมือนจะถูกแยกออกจากกันด้วยสารที่มีสถานะเป็นก๊าซ เมื่อเวลาผ่านไป พื้นที่เหล่านี้ก่อตัวขึ้นที่อื่น ฯลฯ

2. ทฤษฎีโครงสร้างควอซิคริสตัลไลน์ลองพิจารณาคริสตัลที่อยู่ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (ดูรูปที่ 9.9)

ให้เราเลือกทิศทางที่ต้องการและสร้างกราฟของความน่าจะเป็น P ในการค้นหาโมเลกุลของก๊าซที่ระยะห่างจากโมเลกุลอื่นที่วางอยู่ที่จุดกำเนิดของพิกัด (รูปที่ 9.9. ก) ในขณะที่โมเลกุลอยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล ที่อุณหภูมิสูงขึ้น (รูปที่ 9.9, ข) โมเลกุลจะแกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลคงที่ ซึ่งใกล้กับตำแหน่งที่พวกมันใช้เวลาส่วนใหญ่ ระยะเวลาที่เข้มงวดของการทำซ้ำของความน่าจะเป็นสูงสุดในคริสตัลในอุดมคตินั้นขยายไปไกลจากอนุภาคที่เลือกโดยพลการ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะกล่าวว่ามี "คำสั่งระยะยาว" ในของแข็ง

ในกรณีของเหลว (รูปที่ 9.9, วี) ใกล้กับแต่ละโมเลกุลเพื่อนบ้านของมันจะถูกจัดเรียงไม่มากก็น้อยอย่างสม่ำเสมอ แต่ในระยะไกลคำสั่งนี้ถูกละเมิด (คำสั่งระยะสั้น) ในกราฟ ระยะทางจะวัดเป็นเศษส่วนของรัศมีของโมเลกุล (r/r 0)

โครงสร้างโมเลกุลของก๊าซ ของเหลว และของแข็งมีลักษณะอย่างไร ด่วน!!!

คำตอบ:

แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของสารชนิดเดียวกันจะแตกต่างกัน เช่น น้ำ มี 3 โมเลกุล สถานะของการรวมตัวของเหลว ของแข็ง และก๊าซ โมเลกุลของของเหลวไม่กระจายตัวในระยะทางไกล และของเหลวภายใต้สภาวะปกติจะยังคงปริมาตรไว้ แต่ไม่คงรูปร่างไว้ โมเลกุลของของเหลวตั้งอยู่ใกล้กัน ระยะห่างระหว่างทุกๆ สองโมเลกุล ขนาดที่เล็กกว่าโมเลกุล ดังนั้นแรงดึงดูดระหว่างพวกมันจึงมีความสำคัญ ในของแข็ง แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล (อะตอม) มีมากกว่าในของเหลวด้วยซ้ำ ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติ ของแข็งจะคงรูปร่างและปริมาตรไว้ ในของแข็ง โมเลกุล (อะตอม) จะถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน สิ่งเหล่านี้ได้แก่ น้ำแข็ง เกลือ โลหะ ฯลฯ วัตถุดังกล่าวเรียกว่าคริสตัล โมเลกุลหรืออะตอมของของแข็งสั่นสะเทือนรอบจุดหนึ่งและไม่สามารถเคลื่อนที่ไปไกลจากจุดนั้นได้ ร่างกายที่มั่นคงไม่เพียงแต่รักษาปริมาตรเท่านั้น แต่ยังรักษารูปร่างไว้ด้วย ในก๊าซระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะมากกว่ามาก ขนาดเพิ่มเติมโมเลกุลนั่นเอง เนื่องจากโดยเฉลี่ยแล้วระยะห่างระหว่างโมเลกุลนั้นมากกว่าขนาดของโมเลกุลหลายสิบเท่า พวกมันจึงถูกดึงดูดเข้าหากันเล็กน้อย ก๊าซไม่มีรูปร่างและมีปริมาตรไม่คงที่

ปัญหาในส่วนนี้เน้นย้ำแนวคิดที่ว่าโมเลกุลในก๊าซตั้งอยู่ในระยะทางที่ไกลกว่าของเหลวและของแข็ง แรงดึงดูดระหว่างสิ่งเหล่านั้นไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นก๊าซจึงมีปริมาตรมาก (ข้อความที่คล้ายกันเกี่ยวกับของเหลวและของแข็ง โดยทั่วไปแล้ว ไม่ถูกต้อง สำหรับของแข็ง ลำดับของโมเลกุลก็มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกัน)

แนวคิดที่สองที่เกิดขึ้นในระดับ VI เมื่อแก้ไขปัญหาในส่วนนี้คือความแตกต่างในลักษณะการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง

58(จ) ใช้แท่งขยับปลั๊กในปืนมันฝรั่ง (รูปที่ 14) และสังเกตปริมาณอากาศที่ลดลง ทำการทดลองที่คล้ายกันโดยเติมน้ำลงในท่อ อธิบายความแตกต่างในการอัดตัวของน้ำและอากาศตามโครงสร้างโมเลกุลของสาร

59. จะอธิบายได้อย่างไรว่าไอน้ำที่เกิดจากน้ำเดือดมีปริมาตรมากกว่าน้ำที่อุณหภูมิเดือดประมาณ 1,700 เท่า?

คำตอบ. โมเลกุลของไออยู่ห่างจากกันมากจนแรงดึงดูดระหว่างกันไม่มีนัยสำคัญดังนั้นจึงไม่สามารถทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำที่อุณหภูมิที่กำหนด (ที่ความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่กำหนด)

60(จ) เติมน้ำและแอลกอฮอล์ลงในหลอดแก้วยาวครึ่งเมตร แล้วผสมให้เข้ากัน หลังจากนี้ปริมาตรของของเหลวเปลี่ยนไปอย่างไร? อธิบายว่าทำไม.

คำตอบ. ปริมาตรรวมลดลงเนื่องจากการอัดตัวของโมเลกุลหนาแน่นมากขึ้น

61. นักวิทยาศาสตร์ Bridgman อัดน้ำมันในกระบอกเหล็กด้วยแรงมหาศาล จะอธิบายได้อย่างไรว่าอนุภาคน้ำมันยื่นออกมาบนผนังด้านนอกของกระบอกสูบแม้ว่าจะไม่มีรอยแตกร้าวก็ตาม

62. หากคุณกดแผ่นตะกั่วและทองคำเข้าหากัน หลังจากนั้นครู่หนึ่งคุณจะพบโมเลกุลของตะกั่วในทองคำและโมเลกุลของทองคำในตะกั่ว อธิบายว่าทำไม.

วิธีแก้ปัญหา 61 และ 62 ในของแข็งและของเหลว มีช่องว่างเล็กๆ ระหว่างโมเลกุล แม้ว่าจะบรรจุชิดกันก็ตาม โมเลกุลมีการเคลื่อนไหวแบบสั่นสะเทือนเป็นหลัก ภาพนี้ชวนให้นึกถึงผู้คนในรถบัสที่มีผู้คนพลุกพล่านซึ่งแม้จะอยู่ในสภาพที่คับแคบ แต่ก็เดินไปรอบ ๆ เปลี่ยนสถานที่ซึ่งกันและกันหรือผ่านเข้าไปในทางเดินแบบสุ่ม

63(จ) ตรวจสอบแผ่นไมกาแล้วแยกออกเป็นแผ่นที่บางลง ทำลายและตรวจสอบชิ้นใหญ่ เกลือแกง. ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลของสาร เราสามารถอธิบายคุณสมบัติที่ไม่เท่ากันของไมกาและเกลือในทิศทางที่ต่างกันได้อย่างไร

64(จ) ทำลายสารเคลือบเงาชิ้นหนึ่งและอธิบายว่าทำไมพื้นผิวเรียบจึงก่อตัวขึ้นทุกครั้งที่เกิดการแตกหัก

คำตอบ. Var เป็นของเหลวที่ข้นขึ้น ดังนั้นโมเลกุลของมันจึงไม่ก่อตัวเป็นชั้นสลับกันเป็นประจำเหมือนในของแข็งที่เป็นผลึก

โครงสร้างของก๊าซ ของเหลว และของแข็ง คุณสมบัติของโครงสร้างของโซลูชั่น แนวคิดของ "สนามปฏิกิริยา"
ทฤษฎีโครงสร้างของของเหลว: เปรียบเทียบกับโครงสร้างของก๊าซและของแข็ง โครงสร้าง (โครงสร้าง) ของของเหลว ปัจจุบันโครงสร้างของของเหลวเป็นเรื่องของการศึกษาอย่างใกล้ชิดโดยนักเคมีกายภาพ สำหรับการวิจัยในทิศทางนี้ มีการใช้วิธีการที่ทันสมัยที่สุด รวมถึงสเปกตรัม (IR, NMR, การกระเจิงแสงของความยาวคลื่นต่างๆ), การกระเจิงของรังสีเอกซ์, วิธีการคำนวณทางกลควอนตัมและทางสถิติ ฯลฯ ทฤษฎีของของเหลวได้รับการพัฒนาน้อยกว่าทฤษฎีของก๊าซมาก เนื่องจากคุณสมบัติของของเหลวขึ้นอยู่กับรูปทรงและขั้วของโมเลกุลที่อยู่ใกล้กัน นอกจากนี้ การขาดโครงสร้างเฉพาะของของเหลวทำให้คำอธิบายอย่างเป็นทางการยาก - ในตำราเรียนส่วนใหญ่มีพื้นที่สำหรับของเหลวน้อยกว่าก๊าซและของแข็งที่เป็นผลึกมาก สถานะรวมของสสารทั้งสามสถานะแต่ละสถานะมีลักษณะอย่างไร ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ (โต๊ะ)
1) แข็ง: ร่างกายคงปริมาตรและรูปร่างไว้
2) ของเหลวคงปริมาตรไว้แต่เปลี่ยนรูปร่างได้ง่าย
3) แก๊สไม่มีรูปร่างหรือปริมาตร

สถานะของสารเดียวกันเหล่านี้ไม่ได้แตกต่างกันในประเภทของโมเลกุล (เหมือนกัน) แต่อยู่ที่ว่าโมเลกุลตั้งอยู่และเคลื่อนที่อย่างไร
1) ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะมากกว่าขนาดของโมเลกุลนั้นมาก
2) โมเลกุลของของเหลวไม่กระจายตัวในระยะทางไกลและของเหลวภายใต้สภาวะปกติจะคงปริมาตรไว้
3) อนุภาคของของแข็งถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน อนุภาคแต่ละอนุภาคเคลื่อนที่ไปรอบๆ จุดหนึ่งในโครงตาข่ายคริสตัล เหมือนกับลูกตุ้มนาฬิกา กล่าวคือ มันแกว่งไปมา
เมื่ออุณหภูมิลดลง ของเหลวจะแข็งตัว และเมื่อเพิ่มขึ้นเหนือจุดเดือด ของเหลวจะกลายเป็นสถานะก๊าซ ข้อเท็จจริงนี้เพียงอย่างเดียวบ่งชี้ว่าของเหลวมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างก๊าซและของแข็ง แตกต่างจากทั้งสองอย่าง อย่างไรก็ตาม ของเหลวมีความคล้ายคลึงกับแต่ละสถานะเหล่านี้
มีอุณหภูมิที่ขอบเขตระหว่างก๊าซและของเหลวหายไปจนหมด นี่คือจุดที่เรียกว่าจุดวิกฤติ สำหรับก๊าซแต่ละชนิด จะมีอุณหภูมิที่ทราบสูงกว่าซึ่งไม่สามารถเป็นของเหลวได้ที่ความดันใดๆ ที่อุณหภูมิวิกฤตินี้ ขอบเขต (วงเดือน) ระหว่างของเหลวกับไออิ่มตัวจะหายไป การดำรงอยู่ของอุณหภูมิวิกฤต (“จุดเดือดสัมบูรณ์”) ก่อตั้งโดย D.I. Mendeleev ในปี 1860 คุณสมบัติที่สองที่รวมของเหลวและก๊าซเข้าด้วยกันคือไอโซโทรปี นั่นคือเมื่อมองแวบแรกก็สามารถสันนิษฐานได้ว่าของเหลวอยู่ใกล้กับก๊าซมากกว่าคริสตัล เช่นเดียวกับก๊าซ ของเหลวก็มีไอโซโทรปิก เช่น คุณสมบัติจะเหมือนกันทุกประการ ในทางตรงกันข้าม ผลึกเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก: ดัชนีการหักเหของแสง ความสามารถในการอัด ความแข็งแรง และคุณสมบัติอื่น ๆ ของผลึกในทิศทางที่ต่างกันจะแตกต่างกัน สารที่เป็นผลึกแข็งมีโครงสร้างที่เป็นระเบียบและมีองค์ประกอบซ้ำกัน ซึ่งช่วยให้สามารถศึกษาสารเหล่านั้นได้ด้วยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (วิธีการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ใช้มาตั้งแต่ปี 1912)

ของเหลวและก๊าซมีอะไรเหมือนกัน?
ก) ไอโซโทรปี คุณสมบัติของของเหลว เช่น ก๊าซ จะเหมือนกันทุกทิศทาง กล่าวคือ เป็นไอโซโทรปิก ต่างจากคริสตัลซึ่งเป็นแอนไอโซโทรปิก
B) ของเหลว เช่น ก๊าซ ไม่มีรูปร่างเฉพาะเจาะจงและมีรูปทรงเหมือนภาชนะ (มีความหนืดต่ำและมีสภาพคล่องสูง)
โมเลกุลของทั้งของเหลวและก๊าซเคลื่อนที่อย่างอิสระโดยชนกัน ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าภายในปริมาตรที่ถูกครอบครองโดยของเหลว ระยะทางใดๆ ที่เกินผลรวมของรัศมีนั้นถือว่ามีความเป็นไปได้เท่ากัน นั่นคือ แนวโน้มต่อการจัดเรียงโมเลกุลตามลำดับถูกปฏิเสธ ดังนั้นของเหลวและก๊าซจึงขัดแย้งกับคริสตัลในระดับหนึ่ง
เมื่อการวิจัยดำเนินไป ข้อเท็จจริงจำนวนมากขึ้นบ่งชี้ถึงความคล้ายคลึงกันระหว่างโครงสร้างของของเหลวและของแข็ง ตัวอย่างเช่นค่าของความจุความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การอัดโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับจุดหลอมเหลวเกือบจะตรงกันในขณะที่ค่าเหล่านี้สำหรับของเหลวและก๊าซแตกต่างกันอย่างมาก
จากตัวอย่างนี้ เราสามารถสรุปได้ว่ารูปภาพของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในของเหลวที่อุณหภูมิใกล้กับอุณหภูมิการแข็งตัวนั้นคล้ายกับการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในของแข็ง ไม่ใช่ในก๊าซ นอกจากนี้ เราสามารถสังเกตความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสถานะก๊าซและของเหลวของสสารได้ ในก๊าซ โมเลกุลจะถูกกระจายไปทั่วอวกาศอย่างวุ่นวายโดยสิ้นเชิง เช่น อย่างหลังถือเป็นตัวอย่างของการศึกษาแบบไม่มีโครงสร้าง ของเหลวยังคงมีโครงสร้างบางอย่าง สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองโดยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ซึ่งแสดงค่าสูงสุดที่ชัดเจนอย่างน้อยหนึ่งค่า โครงสร้างของของเหลวคือลักษณะการกระจายตัวของโมเลกุลในอวกาศ ตารางแสดงความเหมือนและความแตกต่างระหว่างสถานะก๊าซและของเหลว
เฟสแก๊ส เฟสของเหลว
1. ระยะห่างระหว่างโมเลกุล l โดยปกติ (สำหรับความดันต่ำ) จะมากกว่ารัศมีของโมเลกุล r: l  r ; ปริมาตร V เกือบทั้งหมดที่ก๊าซครอบครองนั้นเป็นปริมาตรอิสระ ในทางกลับกัน ในสถานะของเหลว l 2 พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคเท่ากับ 3/2kT มากกว่าพลังงานศักย์ U ของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล พลังงานศักย์ของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลมีค่ามากกว่าพลังงานจลน์เฉลี่ย พลังงานของการเคลื่อนที่: U3/2 kT
ปัจจัยความถี่ของการชนจะขึ้นอยู่กับมวลของอนุภาค ขนาด และอุณหภูมิ อนุภาคแต่ละอนุภาคจะเกิดการเคลื่อนที่แบบสั่นในกรงที่สร้างขึ้นโดยโมเลกุลที่อยู่รอบๆ แอมพลิจูดการสั่นสะเทือน a ขึ้นอยู่กับปริมาตรอิสระ a  (Vf/ L)1/3
4. การแพร่กระจายของอนุภาคเกิดขึ้นอันเป็นผลจากพวกมัน การเคลื่อนไหวไปข้างหน้า, ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย D  0.1 - 1 cm2/s (p  105 Pa) และขึ้นอยู่กับแรงดันแก๊ส
(D  p-1) การแพร่กระจายเกิดขึ้นจากการที่อนุภาคกระโดดจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งด้วยพลังงานกระตุ้น ED
D  e-ED/RT ในของเหลวไม่มีความหนืด
D  0.3 - 3 cm2/วัน
5. อนุภาคหมุนได้อย่างอิสระ ความถี่การหมุน r ถูกกำหนดโดยโมเมนต์ความเฉื่อยของอนุภาคและอุณหภูมิเท่านั้น ความถี่การหมุน r T1/2 การหมุนถูกยับยั้งโดยผนังของเซลล์ การหมุนของ อนุภาคจะมาพร้อมกับการเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น Er ซึ่งขึ้นอยู่กับแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล vr  e- Er/RT
อย่างไรก็ตาม สถานะของเหลวอยู่ใกล้กับสถานะของแข็งในตัวบ่งชี้ที่สำคัญจำนวนหนึ่ง (quasicrystallinity) ข้อเท็จจริงจากการทดลองที่สะสมแสดงให้เห็นว่าของเหลวและคริสตัลมีอะไรที่เหมือนกันมาก การศึกษาเคมีฟิสิกส์ของของเหลวแต่ละชนิดได้แสดงให้เห็นว่าเกือบทั้งหมดมีองค์ประกอบบางอย่างของโครงสร้างผลึก
ประการแรก ระยะห่างระหว่างโมเลกุลในของเหลวจะใกล้เคียงกับระยะทางในของแข็ง สิ่งนี้พิสูจน์ได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อสารหลังละลายปริมาตรของสารจะเปลี่ยนไปเล็กน้อย (โดยปกติจะเพิ่มขึ้นไม่เกิน 10%) ประการที่สอง พลังงานของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในของเหลวและของแข็งแตกต่างกันเล็กน้อย สิ่งนี้ตามมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าความร้อนของการหลอมเหลวนั้นน้อยกว่าความร้อนของการระเหยมาก ตัวอย่างเช่น สำหรับน้ำ Hpl = 6 kJ/mol และ Hsp = 45 kJ/mol; สำหรับเบนซิน Hpl = 11 kJ/mol และ Hsp = 48 kJ/mol
ประการที่สาม ความจุความร้อนของสารเปลี่ยนแปลงน้อยมากในระหว่างการหลอมเหลว กล่าวคือ มันอยู่ใกล้ทั้งสองรัฐนี้ เป็นไปตามธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของเหลวใกล้เคียงกับการเคลื่อนที่ของของแข็ง ประการที่สี่ ของเหลวเช่นเดียวกับของแข็ง สามารถทนต่อแรงดึงขนาดใหญ่ได้โดยไม่แตกหัก
ความแตกต่างระหว่างของเหลวและของแข็งคือความไหล: ของแข็งยังคงรูปร่างไว้ ของเหลวเปลี่ยนแปลงได้ง่ายแม้อยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงเพียงเล็กน้อย คุณสมบัติเหล่านี้เกิดขึ้นจากคุณสมบัติโครงสร้างของของเหลว เช่น ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่ง ลำดับระยะสั้นในการจัดเรียงโมเลกุล และความสามารถของโมเลกุลในการเปลี่ยนตำแหน่งได้ค่อนข้างรวดเร็ว เมื่อของเหลวได้รับความร้อนจากจุดเยือกแข็งถึงจุดเดือด คุณสมบัติของของเหลวจะค่อยๆ เปลี่ยนไป เมื่อให้ความร้อน ความคล้ายคลึงกับก๊าซจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น
เราแต่ละคนสามารถจำสารหลายอย่างที่เขาถือว่าเป็นของเหลวได้อย่างง่ายดาย ยังไงก็ให้ คำจำกัดความที่แม่นยำสถานะของสสารนี้ไม่ง่ายนักเนื่องจากของเหลวก็มีเช่นนั้น คุณสมบัติทางกายภาพในบางแง่ก็มีลักษณะคล้ายของแข็งและในบางแง่ก็มีลักษณะคล้ายก๊าซ ความคล้ายคลึงกันระหว่างของเหลวและของแข็งเด่นชัดที่สุดในวัสดุที่เป็นแก้ว การเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลวโดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเกิดขึ้นทีละน้อยและไม่ใช่จุดหลอมเหลวที่เด่นชัด แต่จะนิ่มลงและเบาลงดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุช่วงอุณหภูมิที่ควรเรียกว่าของแข็งและของเหลวใด เราบอกได้แค่ว่าความหนืดของสารที่เป็นแก้วในสถานะของเหลวนั้นน้อยกว่าในสถานะของแข็ง แก้วแข็งจึงมักเรียกว่าของเหลวที่เย็นจัดเป็นพิเศษ เห็นได้ชัดที่สุด คุณสมบัติลักษณะของเหลว สิ่งที่แตกต่างจากของแข็งคือความหนืดต่ำ เช่น มูลค่าการซื้อขายสูง ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงใช้รูปร่างของภาชนะที่เทลงไป ในระดับโมเลกุล ความลื่นไหลสูงหมายถึงอิสระของอนุภาคของเหลวที่ค่อนข้างมากขึ้น ในแง่นี้ของเหลวมีลักษณะคล้ายกับก๊าซแม้ว่าแรงของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลระหว่างของเหลวจะมีมากกว่า แต่โมเลกุลก็อยู่ใกล้กันมากขึ้นและมีการเคลื่อนไหวที่จำกัดมากขึ้น
สิ่งนี้สามารถเข้าใกล้ได้แตกต่างออกไป - จากมุมมองของแนวคิดในการสั่งซื้อระยะยาวและระยะสั้น ลำดับระยะยาวมีอยู่ในของแข็งผลึก ซึ่งอะตอมจะถูกจัดเรียงในลักษณะที่มีลำดับอย่างเคร่งครัด ก่อให้เกิดโครงสร้างสามมิติที่สามารถได้รับโดยการทำซ้ำเซลล์หน่วยหลายๆ ครั้ง ไม่มีการสั่งซื้อของเหลวและแก้วในระยะยาว อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าพวกเขาจะไม่ได้รับคำสั่งเลย จำนวนเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดสำหรับอะตอมทั้งหมดนั้นเกือบจะเท่ากัน แต่การจัดเรียงอะตอมในขณะที่พวกมันเคลื่อนออกจากตำแหน่งที่เลือกกลับกลายเป็นเรื่องวุ่นวายมากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้น ลำดับจึงมีเฉพาะในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้น จึงมีชื่อ: ลำดับระยะสั้น คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่เพียงพอเกี่ยวกับโครงสร้างของของเหลวสามารถให้ได้โดยใช้ฟิสิกส์เชิงสถิติเท่านั้น ตัวอย่างเช่น หากของเหลวประกอบด้วยโมเลกุลทรงกลมที่เหมือนกัน โครงสร้างของของเหลวก็สามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันการกระจายแนวรัศมี g(r) ซึ่งให้ความน่าจะเป็นในการตรวจจับโมเลกุลใดๆ ที่ระยะห่าง r จากโมเลกุลที่เลือกไว้เป็นจุดอ้างอิง ฟังก์ชันนี้สามารถพบได้จากการทดลองโดยการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์หรือนิวตรอน และด้วยการถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์ความเร็วสูง จึงเริ่มคำนวณโดยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับธรรมชาติของแรงที่กระทำระหว่างโมเลกุล หรือสมมติฐานเกี่ยวกับแรงเหล่านี้ เช่นเดียวกับกฎกลศาสตร์ของนิวตัน ด้วยการเปรียบเทียบฟังก์ชันการกระจายรัศมีที่ได้รับทั้งทางทฤษฎีและเชิงทดลอง จึงสามารถตรวจสอบความถูกต้องของสมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงระหว่างโมเลกุลได้
ในสารอินทรีย์ โมเลกุลที่มีรูปร่างยาวในช่วงอุณหภูมิหนึ่งหรืออีกช่วงหนึ่ง บางครั้งอาจพบบริเวณของเฟสของเหลวที่มีลำดับการวางตัวในระยะไกล ซึ่งแสดงออกมาในแนวโน้มที่จะจัดเรียงขนานของแกนยาวของ โมเลกุล ในกรณีนี้ การเรียงลำดับแบบตะวันออกอาจมาพร้อมกับการเรียงลำดับการประสานงานของศูนย์กลางของโมเลกุล เฟสของเหลวประเภทนี้มักเรียกว่าผลึกเหลว สถานะผลึกเหลวอยู่ตรงกลางระหว่างผลึกและของเหลว ผลึกเหลวมีทั้งความลื่นไหลและแอนไอโซโทรปี (ออปติคอล ไฟฟ้า แม่เหล็ก) บางครั้งสถานะนี้เรียกว่า mesomorphic (mesophase) - เนื่องจากไม่มีคำสั่งระยะยาว ขีดจำกัดบนของการดำรงอยู่คืออุณหภูมิการชะล้าง (ของเหลวไอโซโทรปิก) Thermotropic (mesogenic) FAs มีอยู่เหนืออุณหภูมิที่กำหนด โดยทั่วไปคือไซยาโนบิฟีนิล Lyotropic - เมื่อละลายเช่นสารละลายน้ำของสบู่, โพลีเปปไทด์, ลิพิด, DNA การศึกษาผลึกเหลว (มีโซเฟส - การละลายในสองขั้นตอน - การหลอมที่มีเมฆมาก จากนั้นโปร่งใส การเปลี่ยนจากเฟสผลึกเป็นของเหลวผ่านรูปแบบระดับกลางที่มีคุณสมบัติทางแสงแบบแอนไอโซทรอปิก) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยี - จอแสดงผลคริสตัลเหลว
โมเลกุลในแก๊สเคลื่อนที่อย่างวุ่นวาย (สุ่ม) ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลโดยเฉลี่ยจะมากกว่าขนาดของโมเลกุลหลายเท่าโดยเฉลี่ย โมเลกุลในก๊าซเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง (หลายร้อยเมตร/วินาที) เมื่อพวกเขาชนกัน พวกมันจะกระเด้งออกจากกันเหมือนลูกบอลที่ยืดหยุ่นอย่างยิ่ง เปลี่ยนขนาดและทิศทางของความเร็ว ที่ระยะห่างระหว่างโมเลกุลมาก แรงดึงดูดจะมีน้อยและไม่สามารถยึดโมเลกุลของก๊าซไว้ใกล้กันได้ ดังนั้นก๊าซจึงสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีขีดจำกัด ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่าย ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลลดลง แต่ยังคงมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของมัน ก๊าซไม่มีรูปร่างหรือปริมาตร ปริมาตรและรูปร่างตรงกับปริมาตรและรูปร่างของภาชนะที่บรรจุ ผลกระทบมากมายของโมเลกุลบนผนังของถังทำให้เกิดแรงดันแก๊ส
อะตอมและโมเลกุลของของแข็งสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งสมดุลบางจุด ดังนั้นของแข็งจึงคงทั้งปริมาตรและรูปร่างไว้ หากคุณเชื่อมต่อศูนย์กลางของตำแหน่งสมดุลของอะตอมหรือไอออนของของแข็งในทางจิตใจ คุณจะได้รับโครงตาข่ายคริสตัล
โมเลกุลของของเหลวอยู่ใกล้กันเกือบหมด ดังนั้นของเหลวจึงบีบอัดและรักษาปริมาตรได้ยาก โมเลกุลของของเหลวสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งสมดุล ในบางครั้ง โมเลกุลจะมีการเปลี่ยนแปลงจากสถานะนิ่งหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ซึ่งมักจะไปในทิศทางของการกระทำของแรงภายนอก เวลาของสถานะการตัดสินของโมเลกุลจะสั้นและลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และเวลาของการเปลี่ยนโมเลกุลไปสู่สถานะการตัดสินใหม่ก็ยิ่งสั้นลงอีก ดังนั้นของเหลวจึงเป็นของไหลไม่คงรูปร่างไว้และเป็นรูปร่างของภาชนะที่เทลงไป

ทฤษฎีจลน์ของของเหลว พัฒนาโดย Ya. I. Frenkel ทฤษฎีจลน์ของของเหลวถือว่าของเหลวเป็น ระบบไดนามิกอนุภาคค่อนข้างชวนให้นึกถึงสถานะผลึก ที่อุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลว การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในของเหลวจะลดลงเนื่องจากการสั่นแบบฮาร์มอนิกของอนุภาครอบๆ ตำแหน่งสมดุลโดยเฉลี่ยที่แน่นอน ตรงกันข้ามกับสถานะผลึก ตำแหน่งสมดุลของโมเลกุลในของเหลวมีลักษณะชั่วคราวสำหรับแต่ละโมเลกุล หลังจากแกว่งไปมารอบตำแหน่งสมดุลหนึ่งตำแหน่งเป็นเวลา t โมเลกุลจะกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ที่อยู่ใกล้เคียง การกระโดดดังกล่าวเกิดขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงาน U ดังนั้นเวลา "ชีวิตที่ตกลง" t จึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิดังต่อไปนี้: t = t0 eU/RT โดยที่ t0 คือคาบของการแกว่งหนึ่งครั้งรอบตำแหน่งสมดุล สำหรับน้ำที่ อุณหภูมิห้อง t » 10-10s, t0 = 1.4 x 10-12s เช่น หนึ่งโมเลกุลหลังจากการสั่นสะเทือนเสร็จสิ้นประมาณ 100 ครั้ง กระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ซึ่งยังคงสั่นสะเทือนต่อไป จากข้อมูลการกระเจิงของรังสีเอกซ์และนิวตรอน สามารถคำนวณฟังก์ชันความหนาแน่นของการกระจายตัวของอนุภาค  ขึ้นอยู่กับระยะห่าง r จากอนุภาคหนึ่งตัวที่เลือกเป็นจุดศูนย์กลาง เมื่อมีลำดับระยะยาวในของแข็งผลึก ฟังก์ชัน (r) จะมีค่าสูงสุดและต่ำสุดที่ชัดเจนจำนวนหนึ่ง ในของเหลว เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ของอนุภาคสูง จึงรักษาลำดับระยะสั้นไว้เท่านั้น สิ่งนี้ตามมาจากรูปแบบการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของของเหลวอย่างชัดเจน: ฟังก์ชัน (r) สำหรับของเหลวมีค่าสูงสุดตัวแรกที่ชัดเจน ค่าตัวที่สองไม่ชัดเจน จากนั้น (r) = const ทฤษฎีจลน์ศาสตร์อธิบายการหลอมละลายดังนี้ ในตาข่ายคริสตัลของของแข็ง จะมีช่องว่าง (รู) จำนวนเล็กน้อยที่ค่อยๆ เดินวนไปรอบๆ คริสตัลเสมอ ยิ่งอุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลวมากเท่าใด ความเข้มข้นของ "รู" ก็จะยิ่งสูงขึ้น และจะเคลื่อนผ่านตัวอย่างได้เร็วยิ่งขึ้น ที่จุดหลอมเหลว กระบวนการก่อตัวของ "หลุม" จะได้รับลักษณะร่วมมือเหมือนหิมะถล่ม ระบบของอนุภาคกลายเป็นไดนามิก ลำดับระยะยาวหายไป และความลื่นไหลปรากฏขึ้น บทบาทชี้ขาดในการหลอมละลายนั้นเกิดจากการก่อตัวของปริมาตรอิสระในของเหลวซึ่งทำให้ระบบของเหลว ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างของเหลวและวัตถุที่เป็นผลึกแข็งคือมีปริมาตรอิสระในของเหลวซึ่งเป็นส่วนสำคัญซึ่งมีรูปแบบของความผันผวน (“ รู”) ซึ่งการเคลื่อนที่ผ่านของเหลวทำให้เป็นเช่นนั้น คุณภาพลักษณะเฉพาะเป็นความลื่นไหล จำนวน "รู" ปริมาตรและความคล่องตัวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิต่ำ ของเหลวหากไม่กลายเป็นวัตถุที่เป็นผลึก ก็จะกลายเป็นของแข็งอสัณฐานที่มีความลื่นไหลต่ำมาก เนื่องจากปริมาตรและความคล่องตัวของ "รู" ลดลง นอกจากทฤษฎีจลน์ศาสตร์แล้ว ทฤษฎีทางสถิติของของเหลวยังได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จในทศวรรษที่ผ่านมา

โครงสร้างของน้ำแข็งและน้ำ ของเหลวที่สำคัญและพบบ่อยที่สุดค่ะ สภาวะปกติคือน้ำ นี่คือโมเลกุลที่พบมากที่สุดในโลก! เป็นตัวทำละลายที่ดีเยี่ยม ตัวอย่างเช่น ของเหลวชีวภาพทั้งหมดมีน้ำ น้ำละลายสารอนินทรีย์หลายชนิด (เกลือ กรด เบส) และ อินทรียฺวัตถุ(แอลกอฮอล์ น้ำตาล กรดคาร์บอกซิลิก, เอมีน) ของเหลวนี้มีโครงสร้างของอะไร? เราจะต้องกลับไปสู่ประเด็นที่เราพิจารณาในการบรรยายครั้งแรกอีกครั้ง กล่าวคือ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลจำเพาะเช่นพันธะไฮโดรเจน น้ำทั้งในรูปของเหลวและผลึกแสดงคุณสมบัติผิดปกติได้อย่างแม่นยำเนื่องจากมีพันธะไฮโดรเจนจำนวนมาก คุณสมบัติผิดปกติเหล่านี้คืออะไร: ความร้อนจุดเดือด จุดหลอมเหลวสูง และเอนทาลปีของการระเหยสูง มาดูกราฟกันก่อน จากนั้นจึงดูที่ตาราง และจากนั้นก็ดูแผนภาพของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำสองโมเลกุล ในความเป็นจริง โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลประสานโมเลกุลของน้ำอีก 4 โมเลกุลรอบๆ ตัวมันเอง โดยสองโมเลกุลเกิดจากออกซิเจน โดยเป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนเดี่ยวสองตัวให้กับไฮโดรเจนโปรตอนสองตัว และอีกสองโมเลกุลเกิดจากไฮโดรเจนโปรตอน ซึ่งประสานงานกับออกซิเจนของโมเลกุลน้ำอื่น ๆ ในการบรรยายครั้งก่อน ฉันได้แสดงสไลด์พร้อมกราฟของจุดหลอมเหลว จุดเดือด และเอนทาลปีของการกลายเป็นไอของไฮไดรด์กลุ่ม VI โดยขึ้นอยู่กับช่วงเวลา การพึ่งพาอาศัยกันเหล่านี้มีความผิดปกติที่ชัดเจนสำหรับออกซิเจนไฮไดรด์ พารามิเตอร์สำหรับน้ำทั้งหมดนี้สูงกว่าที่คาดการณ์ไว้ในทางปฏิบัติอย่างเห็นได้ชัด การพึ่งพาเชิงเส้นสำหรับไฮไดรด์ของซัลเฟอร์ ซีลีเนียม และเทลลูเรียมต่อไปนี้ เราอธิบายสิ่งนี้โดยการมีอยู่ของพันธะไฮโดรเจนระหว่างไฮโดรเจนโปรตอนกับตัวรับความหนาแน่นของอิเล็กตรอน - ออกซิเจน การศึกษาพันธะไฮโดรเจนประสบความสำเร็จมากที่สุดโดยใช้สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบสั่น หมู่ OH อิสระมีพลังงานการสั่นสะเทือนที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งทำให้พันธะ OH ยาวและสั้นลงสลับกัน ทำให้เกิดแถบลักษณะเฉพาะในสเปกตรัมการดูดกลืนแสงอินฟราเรดของโมเลกุล อย่างไรก็ตาม หากกลุ่ม OH เกี่ยวข้องกับพันธะไฮโดรเจน อะตอมไฮโดรเจนจะถูกอะตอมจากทั้งสองข้างจับกัน การสั่นสะเทือนจึง "หน่วง" และความถี่จะลดลง ตารางต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มความแข็งแรงและ "ความเข้มข้น" ของพันธะไฮโดรเจนทำให้ความถี่ในการดูดซับลดลง ในรูปด้านบน เส้นโค้งที่ 1 สอดคล้องกับค่าสูงสุด สเปกตรัมอินฟราเรดการดูดซับหมู่ OH ในน้ำแข็ง (โดยที่พันธะ H ทั้งหมดเชื่อมต่อกัน) เส้นโค้งที่ 2 สอดคล้องกับสเปกตรัมการดูดกลืนแสงอินฟราเรดสูงสุดของกลุ่ม O-N บุคคลโมเลกุลของ H2O ละลายใน CCl4 (โดยที่ไม่มีพันธะ H - สารละลาย H2O ใน CCl4 เจือจางเกินไป) และเส้นโค้งที่ 3 สอดคล้องกับสเปกตรัมการดูดซึมของน้ำของเหลว ถ้าน้ำของเหลวมีสอง พันธุ์ O-Hกลุ่ม - กลุ่มที่สร้างพันธะไฮโดรเจนและกลุ่มที่ไม่สร้างพันธะ - และบางส่วน กลุ่มโอ-เอ็นในน้ำจะสั่นสะเทือนในลักษณะเดียวกัน (ด้วยความถี่เดียวกัน) เช่นเดียวกับในน้ำแข็ง (ซึ่งพวกมันก่อตัวเป็นพันธะ H) และอื่น ๆ - เช่นเดียวกับในสภาพแวดล้อมของ CCl4 (ซึ่งพวกมันไม่ก่อตัวเป็นพันธะ H) จากนั้นสเปกตรัมของน้ำจะมีค่าสูงสุดสองค่า ซึ่งเท่ากับสองค่าสูงสุด ระบุว่า O-Hซึ่งมีความถี่การสั่นสะเทือนสองลักษณะ คือ ความถี่ที่กลุ่มสั่น และดูดซับแสง แต่กลับมองไม่เห็นภาพ “สองสูงสุด”! แต่บนเส้นโค้งที่ 3 เราจะเห็นค่าสูงสุดที่เบลอมาก โดยขยายจากจุดสูงสุดของเส้นโค้ง 1 ไปยังจุดสูงสุดของเส้นโค้ง 2 ซึ่งหมายความว่าหมู่ O-H ทั้งหมดในน้ำของเหลวจะเกิดพันธะไฮโดรเจน - แต่พันธะเหล่านี้ทั้งหมดมีพลังงานที่แตกต่างกัน " หลวม” (มีพลังงานต่างกัน) และในรูปแบบต่างๆ นี่แสดงให้เห็นว่าภาพที่พันธะไฮโดรเจนบางส่วนในน้ำถูกทำลายและบางส่วนถูกเก็บรักษาไว้ พูดอย่างเคร่งครัดว่าไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม การอธิบายคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของน้ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายนั้นง่ายและสะดวกมาก และเราจะหันมาใช้มันด้วย แต่เราต้องจำไว้ว่ามันไม่ถูกต้องทั้งหมด
ดังนั้น IR สเปกโทรสโกปีจึงเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการศึกษาพันธะไฮโดรเจน และได้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของของเหลวและของแข็งที่เกี่ยวข้องกับพันธะดังกล่าวโดยใช้วิธีสเปกตรัมนี้ ด้วยเหตุนี้ สำหรับน้ำที่เป็นของเหลว แบบจำลองคล้ายน้ำแข็ง (แบบจำลองของ O.Ya. Samoilov) จึงเป็นหนึ่งในรูปแบบที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปมากที่สุด ตามแบบจำลองนี้ น้ำที่เป็นของเหลวมีโครงร่างคล้ายน้ำแข็งเหมือนน้ำแข็งซึ่งถูกรบกวนโดยการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน (หลักฐานและผลที่ตามมาของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน - การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ซึ่งพบครั้งแรกโดยนักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ โรเบิร์ต บราวน์ ในปี พ.ศ. 2370 บนละอองเกสรดอกไม้ใต้กล้องจุลทรรศน์) (แต่ละน้ำ โมเลกุลในผลึกน้ำแข็งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนด้วยพลังงานที่ลดลงเมื่อเทียบกับพันธะไฮโดรเจนที่ "หลวม" ในน้ำแข็ง) โดยมีโมเลกุลน้ำสี่โมเลกุลล้อมรอบ) ช่องว่างของกรอบนี้เต็มไปด้วยโมเลกุลของน้ำบางส่วน และโมเลกุลของน้ำ ที่อยู่ในช่องว่างและในโหนดของกรอบคล้ายน้ำแข็งนั้นมีพลังไม่เท่ากัน

ต่างจากน้ำ ในผลึกน้ำแข็งที่โหนดของโครงตาข่ายมีโมเลกุลของน้ำที่มีพลังงานเท่ากันและสามารถทำงานได้โดยเฉพาะ การเคลื่อนไหวแบบสั่น. ในผลึกดังกล่าวมีทั้งลำดับระยะสั้นและระยะยาว ในน้ำของเหลว (สำหรับของเหลวมีขั้ว) องค์ประกอบบางส่วนของโครงสร้างผลึกจะยังคงอยู่ (และแม้แต่ในสถานะก๊าซ โมเลกุลของของเหลวจะถูกจัดเรียงให้กลายเป็นกระจุกขนาดเล็กที่ไม่เสถียร) แต่ไม่มีลำดับในระยะยาว ดังนั้นโครงสร้างของของเหลวจึงแตกต่างจากโครงสร้างของก๊าซเมื่อมีลำดับระยะสั้น แต่จะแตกต่างจากโครงสร้างของผลึกในกรณีที่ไม่มีลำดับระยะยาว สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้อย่างน่าเชื่อมากที่สุดโดยการศึกษาการกระเจิงของรังสีเอกซ์ เพื่อนบ้านทั้งสามของแต่ละโมเลกุลในน้ำของเหลวตั้งอยู่ในชั้นเดียวและอยู่ห่างจากมัน (0.294 นาโนเมตร) มากกว่าโมเลกุลที่สี่จากชั้นที่อยู่ติดกัน (0.276 นาโนเมตร) โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลในโครงข่ายคล้ายน้ำแข็งจะสร้างพันธะสมมาตรแบบกระจก (แข็งแรง) หนึ่งพันธะ และพันธะสมมาตรตรงกลางอีกสามพันธะ (แข็งแรงน้อยกว่า) ประการแรกหมายถึงพันธะระหว่างโมเลกุลของน้ำในชั้นที่กำหนดและชั้นใกล้เคียง ส่วนที่เหลือหมายถึงพันธะระหว่างโมเลกุลของน้ำในชั้นเดียวกัน ดังนั้นหนึ่งในสี่ของการเชื่อมต่อทั้งหมดจึงเป็นแบบสมมาตรแบบกระจก และสามในสี่เป็นแบบสมมาตรจากส่วนกลาง แนวคิดเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมจัตุรมุขของโมเลกุลน้ำได้นำไปสู่ข้อสรุปเกี่ยวกับความละเอียดอ่อนสูงของโครงสร้างและการมีอยู่ของช่องว่างซึ่งมีขนาดเท่ากับหรือมากกว่าขนาดของโมเลกุลน้ำ

องค์ประกอบของโครงสร้างของน้ำของเหลว ก - จัตุรมุขน้ำเบื้องต้น (วงกลมเปิด - อะตอมออกซิเจน, ครึ่งหนึ่งของสีดำ - ตำแหน่งที่เป็นไปได้ของโปรตอนบนพันธะไฮโดรเจน); b - การจัดเรียงกระจกสมมาตรของจัตุรมุข; c - การจัดเรียงแบบสมมาตรจากส่วนกลาง d - ตำแหน่งของศูนย์ออกซิเจนในโครงสร้างของน้ำแข็งธรรมดา น้ำมีลักษณะเฉพาะด้วยพลังที่สำคัญของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเนื่องจากพันธะไฮโดรเจนซึ่งก่อตัวเป็นเครือข่ายเชิงพื้นที่ ดังที่เราได้กล่าวไว้ในการบรรยายครั้งก่อน พันธะไฮโดรเจนเกิดจากความสามารถของอะตอมไฮโดรเจนที่เชื่อมต่อกับองค์ประกอบอิเล็กโตรเนกาติตีเพื่อสร้างพันธะเพิ่มเติมกับอะตอมอิเล็กโตรเนกาติตีของโมเลกุลอื่น พันธะไฮโดรเจนค่อนข้างแรงและมีค่าประมาณ 20-30 กิโลจูลต่อโมล ในแง่ของความแข็งแกร่ง มันครอบครองตำแหน่งตรงกลางระหว่างพลังงาน van der Waals และพลังงานของพันธะไอออนิกทั่วไป พลังงานเคมีในโมเลกุลของน้ำ พันธบัตร H-Oคือ 456 kJ/mol และพลังงานของพันธะไฮโดรเจน H…O คือ 21 kJ/mol

สารประกอบไฮโดรเจน
น้ำหนักโมเลกุล อุณหภูมิ  C
จุดเดือด
H2Te 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
น้ำ 18 0! +100!

โครงสร้างน้ำแข็ง น้ำแข็งธรรมดา. เส้นประ - พันธะ H ในโครงสร้างฉลุของน้ำแข็ง จะมองเห็นโพรงเล็กๆ ที่ล้อมรอบด้วยโมเลกุลของ H2O
ดังนั้นโครงสร้างของน้ำแข็งจึงเป็นโครงสร้างแบบ openwork ของโมเลกุลของน้ำที่เชื่อมต่อถึงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนเท่านั้น การจัดเรียงโมเลกุลของน้ำในโครงสร้างน้ำแข็งเป็นตัวกำหนดการมีช่องกว้างในโครงสร้าง เมื่อน้ำแข็งละลาย โมเลกุลของน้ำจะ “ตกลง” เข้าไปในช่องเหล่านี้ ซึ่งอธิบายความหนาแน่นของน้ำที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับความหนาแน่นของน้ำแข็ง ผลึกน้ำแข็งเกิดขึ้นในรูปแบบของแผ่นหกเหลี่ยมปกติ การก่อตัวเป็นตาราง และการเรียงซ้อนของรูปร่างที่ซับซ้อน โครงสร้าง น้ำแข็งปกติกำหนดโดยพันธะไฮโดรเจน H: เป็นผลดีต่อเรขาคณิตของพันธะเหล่านี้ (O-H มองตรงที่ O) แต่ไม่ดีมากสำหรับการสัมผัส Vander Waals ที่แน่นหนาของโมเลกุล H2O ดังนั้นโครงสร้างของน้ำแข็งจึงเป็นงานฉลุ ในนั้นโมเลกุลของ H2O ห่อหุ้มรูขุมขนด้วยกล้องจุลทรรศน์ (เล็กกว่าโมเลกุลของ H2O) โครงสร้างน้ำแข็งเป็นลูกไม้ทำให้เกิดเอฟเฟกต์ที่รู้จักกันดีสองประการ: (1) น้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ และลอยอยู่ในนั้น; และ (2) ภายใต้ความกดดันที่รุนแรง - ตัวอย่างเช่น ใบมีดของรองเท้าสเก็ตทำให้น้ำแข็งละลาย พันธะไฮโดรเจนส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในน้ำแข็งจะถูกเก็บรักษาไว้ในน้ำของเหลวเช่นกัน ซึ่งตามมาจากความร้อนเล็กน้อยของการละลายของน้ำแข็ง (80 cal/g) เทียบกับความร้อนของน้ำเดือด (600 cal/g ที่ 0°C) อาจกล่าวได้ว่าในน้ำของเหลวมีเพียง 80/(600+80) = 12% ของพันธะ H ที่มีอยู่ในน้ำแข็งเท่านั้นที่ถูกทำลาย อย่างไรก็ตาม ภาพนี้ซึ่งแสดงว่าพันธะไฮโดรเจนบางส่วนในน้ำแตกออก และบางส่วนถูกเก็บรักษาไว้นั้น ยังไม่ถูกต้องทั้งหมด แต่พันธะไฮโดรเจนในน้ำทั้งหมดจะหลวมตัวลง ข้อมูลการทดลองต่อไปนี้แสดงตัวอย่างได้ดี

โครงสร้างของการแก้ปัญหา จาก ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมสำหรับน้ำเรามาดูของเหลวอื่นกันดีกว่า ของเหลวที่แตกต่างกันมีขนาดโมเลกุลและธรรมชาติของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลแตกต่างกัน ดังนั้นในของเหลวแต่ละชนิดจึงมีโครงสร้างเทียมคริสตัลไลน์บางอย่าง มีลักษณะเฉพาะด้วยลำดับระยะสั้น และชวนให้นึกถึงโครงสร้างที่ได้รับเมื่อของเหลวแข็งตัวและกลายเป็นของแข็งในระดับหนึ่ง เมื่อสารอื่นละลายไป เช่น เมื่อสารละลายเกิดขึ้น ธรรมชาติของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะเปลี่ยนไป และโครงสร้างใหม่จะปรากฏขึ้นพร้อมกับการจัดเรียงอนุภาคที่แตกต่างจากในตัวทำละลายบริสุทธิ์ โครงสร้างนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารละลายและมีความเฉพาะเจาะจงสำหรับสารละลายแต่ละชนิด การศึกษา โซลูชั่นของเหลวมักจะมาพร้อมกับกระบวนการแก้ปัญหาเช่น การจัดตำแหน่งโมเลกุลของตัวทำละลายรอบๆ โมเลกุลของตัวถูกละลายเนื่องจากการกระทำของแรงระหว่างโมเลกุล มีการแก้ปัญหาระยะสั้นและระยะยาวเช่น เปลือกการละลายปฐมภูมิและทุติยภูมิถูกสร้างขึ้นรอบโมเลกุล (อนุภาค) ของสารที่ละลาย ในเชลล์การละลายปฐมภูมิ มีโมเลกุลของตัวทำละลายอยู่ใกล้กัน ซึ่งเคลื่อนที่ไปพร้อมกับโมเลกุลของตัวถูกละลาย จำนวนโมเลกุลของตัวทำละลายที่อยู่ในเปลือกโซลเวชันปฐมภูมิเรียกว่าหมายเลขประสานงานของโซลเวชัน ซึ่งขึ้นอยู่กับทั้งลักษณะของตัวทำละลายและลักษณะของตัวถูกละลาย เชลล์โซลเวชันทุติยภูมิประกอบด้วยโมเลกุลของตัวทำละลายที่อยู่ในระยะทางที่ไกลกว่าอย่างมีนัยสำคัญ และส่งผลต่อกระบวนการที่เกิดขึ้นในสารละลายเนื่องจากการโต้ตอบกับเชลล์โซลเวชันปฐมภูมิ
เมื่อพิจารณาความเสถียรของโซลเวต จะมีความแตกต่างระหว่างความเสถียรทางจลน์และทางอุณหพลศาสตร์
ในสารละลายที่เป็นน้ำ คุณลักษณะเชิงปริมาณของไคเนติกไฮเดรชั่น (O.Ya. Samoilov) คือค่า i/ และ Ei=Ei-E โดยที่ i และ  คือเวลาคงอยู่เฉลี่ยของโมเลกุลน้ำในสภาวะสมดุล ตำแหน่งใกล้กับไอออน i และในน้ำบริสุทธิ์ และ Ei และ E เป็นพลังงานกระตุ้นการแลกเปลี่ยนและพลังงานกระตุ้นของกระบวนการแพร่กระจายตัวเองในน้ำ ปริมาณเหล่านี้เกี่ยวข้องกันโดยความสัมพันธ์โดยประมาณ:
i/  exp(Ei/RT) ในกรณีนี้
ถ้า EI  0, i/  1 (การแลกเปลี่ยนโมเลกุลของน้ำที่อยู่ใกล้กับไอออนมากที่สุดเกิดขึ้นน้อยกว่า (ช้ากว่า) กว่าการแลกเปลี่ยนระหว่างโมเลกุลในน้ำบริสุทธิ์) – การให้ความชุ่มชื้นเชิงบวก
ถ้า EI  0, i/  1 (การแลกเปลี่ยนโมเลกุลของน้ำที่อยู่ใกล้กับไอออนมากที่สุดเกิดขึ้นบ่อยกว่า (เร็วกว่า) มากกว่าการแลกเปลี่ยนระหว่างโมเลกุลในน้ำบริสุทธิ์) – การให้น้ำเป็นลบ

ดังนั้น สำหรับลิเธียมไอออน EI = 1.7 kJ/mol และสำหรับซีเซียมไอออน Ei= - 1.4 kJ/mol นั่นคือ ลิเธียมไอออน "แข็ง" ขนาดเล็กกักเก็บโมเลกุลของน้ำได้ดีกว่าซีเซียมไอออนขนาดใหญ่และ "กระจาย" ซึ่งมีประจุเท่ากัน ความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของโซลเวตที่ได้ถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ในระหว่างการละลาย (solvG) = (solvH) - T(solvS) ยิ่งค่านี้เป็นลบมาก โซลเวตก็จะยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยค่าลบของเอนทาลปีของการแก้ปัญหาเป็นหลัก
แนวคิดเรื่องการแก้ปัญหาและทฤษฎีการแก้ปัญหา สารละลายที่แท้จริงจะได้มาโดยธรรมชาติเมื่อมีสารตั้งแต่ 2 ชนิดสัมผัสกัน เนื่องจากการถูกทำลายของพันธะระหว่างอนุภาคประเภทหนึ่งและการเกิดพันธะอีกประเภทหนึ่ง และการกระจายตัวของสารตลอดปริมาตรเนื่องจากการแพร่กระจาย สารละลายตามคุณสมบัติจะถูกแบ่งออกเป็นอุดมคติและของจริง สารละลายของอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ เจือจางและมีความเข้มข้น ไม่อิ่มตัว อิ่มตัว และอิ่มตัวยิ่งยวด คุณสมบัติของแรสเตอร์ขึ้นอยู่กับลักษณะและขนาดของ IMF การโต้ตอบเหล่านี้อาจมี ธรรมชาติทางกายภาพ(แรงแวนเดอร์วาลส์) และธรรมชาติทางเคมีฟิสิกส์ที่ซับซ้อน (พันธะไฮโดรเจน ไอออน-โมเลกุล สารเชิงซ้อนการถ่ายโอนประจุ ฯลฯ) กระบวนการสร้างสารละลายนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการรวมตัวกันของแรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์พร้อมกัน ในกรณีที่ไม่มีแรงผลัก อนุภาคจะรวม (เกาะติดกัน) และของเหลวสามารถถูกบีบอัดได้อย่างไม่มีกำหนด ในกรณีที่ไม่มีแรงดึงดูด ของเหลวหรือของแข็งจะไม่สามารถรับได้ ในการบรรยายครั้งก่อน เราพิจารณาเรื่องกายภาพและ ทฤษฎีเคมีโซลูชั่น
อย่างไรก็ตาม การสร้างทฤษฎีการแก้ปัญหาแบบครบวงจรต้องเผชิญกับความยากลำบากอย่างมาก และในปัจจุบันยังไม่ได้ถูกสร้างขึ้น แม้ว่าการวิจัยจะดำเนินการโดยคนส่วนใหญ่ วิธีการที่ทันสมัย กลศาสตร์ควอนตัมอุณหพลศาสตร์และฟิสิกส์เชิงสถิติ เคมีคริสตัล การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ วิธีทางแสง วิธี NMR สนามปฏิกิริยา พิจารณาแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลต่อไป ให้เราพิจารณาแนวคิดของ "สนามปฏิกิริยา" ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจโครงสร้างและโครงสร้างของสสารควบแน่นและก๊าซจริง โดยเฉพาะสถานะของเหลว และดังนั้นทั้งหมด เคมีกายภาพโซลูชั่นของเหลว
สนามปฏิกิริยาเกิดขึ้นในส่วนผสมของโมเลกุลที่มีขั้วและไม่มีขั้ว ตัวอย่างเช่น สำหรับส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนและกรดแนฟเทนิก โมเลกุลที่มีขั้วมีอิทธิพลต่อสนามที่มีความสมมาตรบางอย่าง (ความสมมาตรของสนามถูกกำหนดโดยความสมมาตรของวงโคจรโมเลกุลที่ว่าง) และความเข้ม H บนโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว อย่างหลังมีโพลาไรซ์เนื่องจากการแยกประจุ ซึ่งนำไปสู่การปรากฏ (การเหนี่ยวนำ) ของไดโพล ในทางกลับกันโมเลกุลที่มีไดโพลเหนี่ยวนำจะส่งผลต่อโมเลกุลขั้วโลกโดยเปลี่ยนสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั่นคือ กระตุ้นสนามปฏิกิริยา (ตอบสนอง) การเกิดขึ้นของสนามปฏิกิริยานำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคซึ่งแสดงออกในการสร้างเปลือกการละลายที่แข็งแกร่งของโมเลกุลขั้วโลกในส่วนผสมของโมเลกุลที่มีขั้วและไม่ใช่ขั้ว
พลังงานสนามปฏิกิริยาคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้: โดยที่:
เครื่องหมาย “-” - กำหนดแรงดึงดูดของโมเลกุล
S – การยอมให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์
อนันต์ – ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเนื่องจากความสามารถเชิงขั้วทางอิเล็กทรอนิกส์และอะตอมของโมเลกุล
NA - หมายเลขของ Avogadro
VM – ปริมาตรครอบครองโดย 1 โมลของสารมีขั้วในของเหลวไอโซโทรปิก v = โมเมนต์ไดโพล
ER - พลังงานของสารมีขั้ว 1 โมลในสารละลาย
แนวคิด "สนามปฏิกิริยา" จะช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างของของเหลวและสารละลายบริสุทธิ์ได้ดียิ่งขึ้น แนวทางเคมีควอนตัมในการศึกษาสนามปฏิกิริยาได้รับการพัฒนาในงานของ M. V. Bazilevsky และเพื่อนร่วมงานของเขาที่สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์และเคมีซึ่งตั้งชื่อตาม L. Ya. Karpova ดังนั้นปัญหาของสถานะของเหลวจึงรอนักวิจัยรุ่นเยาว์อยู่ ไพ่อยู่ในมือของคุณ

ประการแรก ควรเน้นอีกครั้งว่าก๊าซ ของเหลว และของแข็งเป็นสถานะรวมของสสาร และในแง่นี้ ไม่มีความแตกต่างที่ผ่านไม่ได้ระหว่างสิ่งเหล่านั้น: สารใด ๆ สามารถอยู่ในสถานะรวมใดก็ได้ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน . อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างวัตถุที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง เนื่องจากของแข็งและของเหลวมีมากมาย คุณสมบัติทั่วไปมันสมเหตุสมผลที่จะพิจารณาการรวมสองสถานะนี้เข้าด้วยกันในหลักสูตรของเรา

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างก๊าซในมือข้างหนึ่งกับวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลวในอีกด้านหนึ่งก็คือ ก๊าซครอบครองปริมาตรทั้งหมดของถังที่จัดเตรียมไว้ให้ ในขณะที่ของเหลวหรือของแข็งที่วางอยู่ในถังจะมีปริมาตรในนั้นเพียงจำนวนหนึ่งเท่านั้น นี่เป็นเพราะความแตกต่างในลักษณะของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในก๊าซและในวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลว

โมเลกุลของแก๊สไม่ได้เชื่อมต่อถึงกันด้วยแรงระหว่างโมเลกุล (ดูมาตรา 35) ไม่ว่าในกรณีใด พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลก๊าซจะมากกว่าพลังงานศักย์เฉลี่ยที่เกิดจากแรงยึดเกาะระหว่างกันมาก ดังนั้น โมเลกุลของก๊าซจึงสร้างเส้นทางอิสระที่ค่อนข้างใหญ่ โดย "กระเจิง" จากกันและกันเท่าที่ ขนาดของเรืออนุญาตและครอบครองปริมาตรทั้งหมด ด้วยเหตุนี้การแพร่กระจายของก๊าซจึงเกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว

ในของแข็งและของเหลว แรงยึดเกาะระหว่างโมเลกุล (อะตอม ไอออน) มีบทบาทสำคัญอยู่แล้ว โดยทำให้พวกมันอยู่ห่างจากกัน (ดู§ 35 รูปที่ 67, a) ในร่างกายเหล่านี้ พลังงานศักย์เฉลี่ยเนื่องจากแรงยึดเกาะระหว่างโมเลกุลมีค่ามากกว่าพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล กล่าวอีกนัยหนึ่ง โดยเฉลี่ยแล้ว พลังงานจลน์ของโมเลกุลไม่เพียงพอที่จะเอาชนะแรงดึงดูดระหว่าง พวกเขา.

ต้องขอบคุณ "การอัดแน่น" ของโมเลกุลในของเหลวที่หนาแน่น พวกมันจึงไม่วิ่งอย่างอิสระอีกต่อไป แต่ดูเหมือนว่าจะ "ดัน" เข้าที่ (แกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลที่แน่นอน) ในบางครั้งโมเลกุลเนื่องจากการชนกันที่ดีจึงสามารถเคลื่อนที่ไปยังสถานที่ใหม่ในระยะห่างที่เทียบได้กับขนาดของโมเลกุลนั่นเอง โดยธรรมชาติแล้วการแพร่กระจายในของเหลวจะเกิดขึ้นช้ากว่าในก๊าซมาก

ในวัตถุที่เป็นของแข็ง อนุภาค (โมเลกุล อะตอม ไอออน) จะถูกจัดเรียงตามลำดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดทางเรขาคณิต ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล อนุภาคมีการเคลื่อนที่แบบแกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุล การเปลี่ยนผ่านของอนุภาคจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งในของแข็งนั้นเป็นไปได้ แต่เกิดขึ้นได้ยากมาก ดังนั้นแม้ว่าการแพร่กระจายจะมีอยู่ในของแข็ง แต่มันก็เกิดขึ้นที่นี่ช้ากว่าในของเหลวด้วยซ้ำ

แก่นแท้ทางกายภาพของความแตกต่างระหว่างสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซของสสารสามารถอธิบายได้ชัดเจนยิ่งขึ้นโดยใช้เส้นโค้งศักย์ของอันตรกิริยาของโมเลกุล ซึ่งเราได้คุ้นเคยกันแล้วในมาตรา 35 (ดูรูปที่ 67, b) มาสร้างเส้นโค้งนี้ด้วยการเพิ่มเติมบางส่วนกัน (รูปที่ 93)

แกนกำหนดตำแหน่งแสดงพลังงานศักย์ของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล และแกนแอบซิสซาแสดงระยะห่างระหว่างโมเลกุล เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบ ค่าของพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลจะถูกพล็อตจากระดับด้านล่าง B ของหลุมศักยภาพ

หากพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลน้อยกว่าความลึกของหลุมศักย์อย่างมีนัยสำคัญโมเลกุลจะเกิดการสั่นสะเทือนเล็กน้อยโดยคงอยู่ในส่วนล่างของหลุมศักย์ (ต่ำกว่าระดับ) กรณีนี้สอดคล้องกับสถานะของแข็ง ของสาร

หากพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลน้อยกว่าความลึกของหลุมศักย์เล็กน้อย โมเลกุลจะเกิดการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนอย่างมีนัยสำคัญ แต่ทั้งหมดจะยังคงอยู่ในหลุมศักย์ กรณีนี้สอดคล้องกับสถานะของเหลวของสาร

หากพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลมีนัยสำคัญ ความลึกมากขึ้นโมเลกุลจะแตกออกจากกันและเมื่อสูญเสียการเชื่อมต่อกันก็จะเคลื่อนที่อย่างอิสระ (วิ่งฟรี) กรณีนี้สอดคล้องกับสถานะก๊าซของสาร

ดังนั้นความแตกต่างที่สำคัญระหว่างก๊าซในมือข้างหนึ่งกับวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลวในอีกด้านหนึ่งนั้นเนื่องมาจากความจริงที่ว่าสำหรับโมเลกุลของก๊าซค่าของพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนนั้นมากกว่าความลึกของหลุมศักย์ และสำหรับโมเลกุลของวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลวนั้นจะมีค่าน้อยกว่าความลึกของหลุมศักย์

เนื่องจากความจริงที่ว่าโมเลกุลของของแข็งเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนามากกว่าโมเลกุลของของเหลว ของแข็งซึ่งแตกต่างจากของเหลวจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยความคงตัวไม่เพียงแต่ปริมาตรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปร่างด้วย ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับคำถามเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกของของแข็ง

ลักษณะเฉพาะ สัญญาณภายนอกคริสตัลเป็นรูปทรงเรขาคณิต แบบฟอร์มที่ถูกต้อง(รูปที่ 94) ตัวอย่างเช่น ผลึกเกลือแกงมีรูปร่างเป็นลูกบาศก์ (a) ผลึกน้ำแข็งมีรูปร่างเป็นปริซึมหกเหลี่ยม คริสตัลเพชรมีรูปร่างเป็นทรงแปดหน้า (octahedron, c) เป็นต้น สำหรับแต่ละ สารที่เป็นผลึก มุมระหว่างพื้นผิว (ใบหน้า) ที่ล้อมรอบอย่างเคร่งครัด

ค่าที่แน่นอน (สำหรับเกลือแกง - 90°, สำหรับน้ำแข็ง - 120° เป็นต้น) คริสตัลแตกง่ายตามระนาบบางอันที่เรียกว่าระนาบความแตกแยก ทำให้ได้คริสตัลที่มีขนาดเล็กกว่าแต่มีรูปร่างเหมือนกัน ดังนั้นเมื่อบดผลึกเกลือแกงจะเกิดก้อนเล็ก ๆ และสี่เหลี่ยมด้านขนานเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ข้อเท็จจริงที่ระบุไว้ในคราวเดียวนำไปสู่แนวคิดที่ว่าตัวผลึกถูกสร้างขึ้นจากเซลล์พื้นฐาน (ลูกบาศก์หรือปริซึมหกเหลี่ยมหรือทรงแปดเหลี่ยม ฯลฯ แนบชิดกันอย่างแน่นหนา และนั่นหมายความว่าในตัวผลึกมีอนุภาค ( โมเลกุลหรืออะตอมหรือไอออน) ถูกจัดเรียงตามลำดับสมมาตรอย่างเคร่งครัดซึ่งสัมพันธ์กันทำให้เกิดโครงตาข่ายเชิงพื้นที่หรือผลึก ตำแหน่งของอนุภาคเรียกว่าโหนดตาข่าย

สมมติฐานนี้แสดงออกมาในปี 1848 โดย Bravais นักเขียนผลึกศาสตร์ชาวฝรั่งเศส

ตัวอย่างของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ที่ง่ายที่สุดคือโครงตาข่ายคริสตัลของเกลือแกง (รูปที่ 95, a) เซลล์หน่วยที่มีขอบ a (เน้นในรูปด้วยเส้นหนา) ประกอบขึ้นจากไอออนโซเดียมบวกและคลอรีนไอออนลบซึ่งอยู่ที่จุดยอดของลูกบาศก์

รูปร่างของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ แต่ไม่มี: จำเป็นที่เซลล์ปฐมภูมิที่ประกอบเป็นโครงตาข่ายนั้นอยู่ติดกันอย่างใกล้ชิดโดยไม่มีช่องว่างซึ่งสอดคล้องกับพลังงานศักย์ขั้นต่ำของโครงตาข่าย ในลักษณะที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ที่จะวางเซลล์ลูกบาศก์และเซลล์ในรูปแบบของปริซึมหกเหลี่ยม (รูปที่ 95, b และ c) แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะวางเซลล์ในรูปแบบของปริซึมห้าเหลี่ยม (รูปที่. 95, ง)

ในปี พ.ศ. 2433 E. S. Fedorov คำนวณรูปแบบที่เป็นไปได้ทั้งหมดของโครงผลึกตามทฤษฎี โดยเซลล์เหล่านี้สามารถบรรจุปิดได้ และพบว่ามีเพียง 230 ชนิดเท่านั้นที่สามารถดำรงอยู่ในธรรมชาติได้ หลากหลายชนิดโปรยคริสตัลก่อตัวเป็นคลาสสมมาตร 32 คลาส การศึกษาผลึกโดยใช้รังสีเอกซ์ที่ดำเนินการในศตวรรษปัจจุบัน (ดูมาตรา 125) ได้ยืนยันว่าผลึกประกอบด้วยอนุภาคที่จัดเรียงอย่างสมมาตร (อะตอม หรือโมเลกุล หรือไอออน) ก่อตัวเป็นโครงตาข่ายคริสตัล นอกจากนี้ การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ปริมาณมากมีการค้นพบโครงตาข่ายคริสตัลที่แตกต่างกันเพียง 230 ประเภทในคริสตัลธรรมชาติและคริสตัลเทียม - สอดคล้องกับการคำนวณทางทฤษฎีของ E. S. Fedorov โดยสมบูรณ์

ความสมมาตรของการจัดเรียงอนุภาคในตาข่ายคริสตัลนั้นเกิดจากความจริงที่ว่าในกรณีนี้แรงปฏิสัมพันธ์ (แรงดึงดูดและแรงผลัก) ระหว่างอนุภาคนั้นมีความสมดุล (ดูมาตรา 35) ในกรณีนี้พลังงานศักย์ของอนุภาคมีน้อยมาก

ระยะห่างระหว่างอนุภาคในคริสตัลมีขนาดเล็ก - ขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคเอง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลในของเหลวอยู่ในลำดับเดียวกันเนื่องจากอย่างที่ทราบกันดีว่าเมื่อคริสตัลละลายจะไม่มีปริมาตรเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ลักษณะเด่นของคริสตัลคือแอนไอโซโทรปี คริสตัลมีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันไปในทิศทางที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ผลึกทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้นมีลักษณะเฉพาะโดยความแข็งแกร่งแบบแอนไอโซโทรปี ผลึกส่วนใหญ่เป็นแบบแอนไอโซโทรปิกโดยคำนึงถึงการนำความร้อน การนำไฟฟ้า การหักเหของแสง ฯลฯ แอนไอโซโทรปีของผลึกอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในตาข่ายเชิงพื้นที่นั้น จำนวนอนุภาคต่อส่วนที่มีความยาวเท่ากันแต่ต่างกันในทิศทางที่เปลี่ยนไป ออกไปให้แตกต่างออกไป ดังแสดงในรูป. 96 (มี 8 อนุภาคบนส่วนแนวนอนของโครงตาข่าย, 6 อนุภาคบนส่วนเอียง, 3 อนุภาคบนส่วนเอียงอีกอัน) เห็นได้ชัดว่าความแตกต่างในความหนาแน่นของอนุภาคตาข่ายคริสตัลในทิศทางที่ต่างกันควรนำไปสู่ความแตกต่างในคุณสมบัติอื่นๆ มากมายในทิศทางของคริสตัลเหล่านี้

สถานะของผลึกนั้นพบได้ทั่วไปในธรรมชาติ ของแข็งส่วนใหญ่ (แร่ธาตุ โลหะ เส้นใยพืช โปรตีน เขม่า ยาง ฯลฯ) จะเป็นผลึก อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าวัตถุทั้งหมดเหล่านี้จะมีคุณสมบัติผลึกที่แสดงออกมาอย่างชัดเจนเหมือนกันตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ในเรื่องนี้ ร่างกายถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัล โมโนคริสตัลคือวัตถุที่อนุภาคทั้งหมดประกอบกันเป็นโครงตาข่ายเชิงพื้นที่เดียวกัน ผลึกเดี่ยวเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก คริสตัลเดี่ยว

เป็นแร่ธาตุส่วนใหญ่ โพลีคริสตัลคือร่างกายที่ประกอบด้วยผลึกเดี่ยวขนาดเล็กจำนวนมากโดยสุ่มวางสัมพันธ์กัน ดังนั้นโพลีคริสตัลจึงมีไอโซโทรปิกนั่นคือมีคุณสมบัติทางกายภาพเหมือนกันทุกทิศทาง โลหะเป็นตัวอย่างของโพลีคริสตัล อย่างไรก็ตาม ยังสามารถได้รับโลหะในรูปของผลึกเดี่ยวหากการหลอมละลายถูกทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ โดยการนำผลึกของโลหะนี้เข้าไปหนึ่งผลึก (ที่เรียกว่าเมล็ด) ผลึกโลหะเดี่ยวจะเติบโตรอบๆ เอ็มบริโอนี้

โครงสร้างขัดแตะคริสตัลมีสี่กลุ่มหลักขึ้นอยู่กับอนุภาคที่ทำให้เกิดโครงตาข่าย: ไอออนิก, อะตอม, โมเลกุลและโลหะ

โครงตาข่ายไอออนิกถูกสร้างขึ้นโดยไอออนที่มีประจุตรงข้ามซึ่งถูกยึดไว้ที่ไซต์โครงตาข่ายด้วยแรงไฟฟ้า ผลึกส่วนใหญ่มีโครงตาข่ายไอออนิก

โครงตาข่ายของอะตอมถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมที่เป็นกลางซึ่งยึดอยู่ที่บริเวณโครงตาข่ายด้วยพันธะเคมี (วาเลนซ์) โดยอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงจะใช้อิเล็กตรอนภายนอก (วาเลนซ์) ร่วมกัน ตัวอย่างเช่น กราไฟท์มีตาข่ายอะตอม

ตาข่ายโมเลกุลถูกสร้างขึ้นโดยโมเลกุลที่มีขั้ว (ไดโพล) (ดูมาตรา 81) ซึ่งถูกยึดที่โหนดขัดแตะด้วยแรงไฟฟ้าเช่นกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับโมเลกุลเชิงขั้ว ผลกระทบของแรงเหล่านี้จะอ่อนกว่าไอออน ดังนั้นสารที่มีโครงตาข่ายโมเลกุลจึงเปลี่ยนรูปได้ง่าย ส่วนใหญ่มีโครงผลึกโมเลกุล สารประกอบอินทรีย์(เซลลูโลส ยาง พาราฟิน ฯลฯ)

โครงตาข่ายโลหะนั้นเกิดจากไอออนของโลหะบวกที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะจับไอออนของโครงตาข่ายโลหะเข้าด้วยกัน โครงตาข่ายนี้เป็นลักษณะของโลหะ

ฟิสิกส์สมัยใหม่ถือว่าวัตถุที่เป็นผลึกเป็นวัตถุแข็ง ของเหลวตามที่ระบุไว้แล้วนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการจัดเรียงอนุภาคแบบสุ่ม ดังนั้นของเหลวจึงมีไอโซโทรปิก ของเหลวบางชนิดสามารถทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลได้อย่างมากโดยไม่กลายเป็นของแข็ง (ผลึก) อย่างไรก็ตาม ความหนืดของของเหลวดังกล่าวมีมหาศาลมากจนแทบจะสูญเสียความลื่นไหลและคงรูปร่างไว้เหมือนของแข็ง ร่างกายดังกล่าวเรียกว่าอสัณฐาน ดังนั้นฟิสิกส์ยุคใหม่จึงถือว่าวัตถุอสัณฐานเป็นของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวดและมีความหนืดมหาศาล สารอสัณฐานได้แก่ var แก้ว เรซิน-ขัดสน ฯลฯ เห็นได้ชัดว่าวัตถุอสัณฐานนั้นมีไอโซโทรปิก อย่างไรก็ตาม ควรระลึกไว้เสมอว่าวัตถุอสัณฐานสามารถเปลี่ยนสภาพเป็นผลึกได้ในระยะเวลาอันยาวนาน ตัวอย่างเช่น ในแก้ว ผลึกจะปรากฏขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป โดยเริ่มมีเมฆมากและกลายเป็นวัตถุโพลีคริสตัลไลน์

ใน เมื่อเร็วๆ นี้ในเทคโนโลยีสารอินทรีย์อสัณฐานแต่ละโมเลกุลซึ่ง

ด้วยพันธะเคมี (วาเลนซ์) พวกมันจึงเชื่อมต่อกัน (โพลีเมอร์) ให้เป็นสายโซ่ยาว ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลหลายพันโมเลกุลในบางกรณี สารดังกล่าวเรียกว่า โพลีเมอร์ ตัวแทนทั่วไปของโพลีเมอร์คือพลาสติก คุณสมบัติที่มีค่ามากของโพลีเมอร์คือความยืดหยุ่นและความแข็งแรงสูง ตัวอย่างเช่น โพลีเมอร์บางชนิดสามารถทนต่อการยืดตัวของยางยืดได้ 2-5 เท่าของความยาวเดิม คุณสมบัติเหล่านี้ของโพลีเมอร์อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าโซ่โมเลกุลยาวสามารถโค้งงอเป็นลูกบอลหนาแน่นหรือในทางกลับกันสามารถยืดเป็นเส้นตรงได้ ปัจจุบันโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหลากหลายถูกสร้างขึ้นจากสารประกอบอินทรีย์ธรรมชาติและเทียม