तरल पदार्थों की आणविक संरचना की विशेषताएं

तरल गैसों और ठोस क्रिस्टलीय पदार्थों के बीच गुणों और संरचना में एक मध्यवर्ती स्थान रखता है। इसलिए, इसमें गैसीय और दोनों के गुण होते हैं ठोस. 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 गैसीय अवस्था से मेल खाती है - 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 तापीय 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 मात्रा 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, जैसे गैसों में)। 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 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।में 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 एक गैस अणु को मूल स्थान पर स्थित दूसरे अणु से एक निश्चित दूरी पर खोजने की साजिश रचते हैं (चित्र 9.9। लेकिन), 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।

संभावित क्षेत्र में अणुओं का वितरण

गुरुत्वाकर्षण बल (बोल्ट्जमैन वितरण)

गैसों के एमकेटी और मैक्सवेल वितरण के मूल समीकरण को प्राप्त करते समय, यह माना गया कि बाहरी बल गैस के अणुओं पर कार्य नहीं करते हैं, जिसका अर्थ है कि अणु समान रूप से मात्रा पर वितरित होते हैं। हालांकि, किसी भी गैस के अणु हमेशा पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के संभावित क्षेत्र में होते हैं। एक ओर गुरुत्वाकर्षण, और दूसरी ओर अणुओं की तापीय गति, एक निश्चित स्थिर अवस्था की ओर ले जाती है, जिसमें बढ़ती ऊंचाई के साथ गैस का दबाव कम हो जाता है।

आइए ऊंचाई के साथ दबाव परिवर्तन का नियम प्राप्त करें, यह मानते हुए कि पूरी ऊंचाई पर: गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र एक समान है (g = const); तापमान समान है (टी = स्थिरांक); सभी अणुओं का द्रव्यमान समान होता है।

मान लीजिए कि दाब p ऊँचाई h पर है। फिर ऊँचाई h + dh पर दबाव p + ​​dp है। इसके अलावा, यदि dh >0, तो dp< 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:

अभी या .

आइए दाएं और बाएं पक्षों को एकीकृत करें:

; .

कहां, . (26)

यह तथाकथित बैरोमीटर का सूत्र है। यह आपको समुद्र तल से ऊंचाई के कार्य के रूप में वातावरण के दबाव को निर्धारित करने की अनुमति देता है:

. (27)

इसलिये दबाव सीधे अणुओं की एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, तो आप ऊंचाई के साथ अणुओं की एकाग्रता में परिवर्तन का कानून प्राप्त कर सकते हैं, बशर्ते तापमान ऊंचाई के साथ नहीं बदलता है (टी = कॉन्स):

. (28)

यह मानते हुए कि M = m∙N A , और R = k∙N A (27) से हम प्राप्त करते हैं:

इसलिये mgh = U(h) h ऊँचाई पर एक अणु की स्थितिज ऊर्जा है, तो

(30)

बोल्ट्जमान वितरण है।

टक्करों की संख्या और आदर्श गैस अणुओं का औसत मुक्त पथ।

अराजक गति के परिणामस्वरूप गैस के अणु लगातार आपस में टकराते रहते हैं। दो क्रमागत टक्करों के बीच अणु एक निश्चित पथ की यात्रा करता है, जिसे माध्य मुक्त पथ कहा जाता है . सामान्य स्थिति में, इस पथ की लंबाई भिन्न होती है, लेकिन चूंकि टकरावों की संख्या बहुत बड़ी है, और आंदोलन यादृच्छिक है, फिर निरंतर बाहरी परिस्थितियों में हम बात कर सकते हैं मध्यम लंबाईमुक्त दौड़ - । यदि किसी दिए गए गैस के अणु औसत टक्कर पर 1 सेकंड का अनुभव करते हैं, तो

अणुओं का अंकगणित माध्य वेग कहाँ है।

हम आदर्श गैस अणुओं को गोलाकार मानते हैं। जाहिर है, एक टक्कर तब होगी जब दो अणु दो त्रिज्याओं के बराबर दूरी तक पहुंचें, यानी अणुओं का व्यास d। न्यूनतम दूरीजिससे टकराने के दौरान दो अणुओं के केंद्र पहुंच जाते हैं, अणुओं का प्रभावी व्यास कहलाता है। यह पैरामीटर निर्भर करता है, और इसलिए गैस के तापमान पर।

परिभाषित करने के लिए, एक प्रभावी व्यास d वाले अणु की कल्पना करें, जो अन्य अणुओं के बीच गति के साथ चलता है, जो एक ही समय में गतिहीन रहता है। यह अणु उन सभी अणुओं से टकराएगा जिनके केंद्र त्रिज्या d के "टूटे" सिलेंडर के अंदर स्थित हैं। इसका मतलब है कि इस सिलेंडर के आयतन में अणुओं की संख्या के बराबर है

जहाँ n अणुओं की सांद्रता है, और V बेलन का आयतन है: . इसे ध्यान में रखकर -

. (32)

अन्य अणुओं की गति को ध्यान में रखते हुए एक कारक द्वारा टक्करों की संख्या बढ़ जाती है। अंत में, z के लिए हमें मिलता है:

. (33)

फिर (34)

इसलिये पी ~ एन, फिर अलग के लिए बाहरी स्थितियांअपने पास:

हवा के लिए नं. (पी \u003d 760 मिमी एचजी; टी 0 \u003d 0 0 ): जेड \u003d 10 9 एस -1, ए \u003d 5 ∙ 10 -8 मीटर।

स्थानांतरण घटना

थर्मोडायनामिक रूप से नोइक्विलिब्रियम सिस्टम में, अर्थात। उन प्रणालियों में जिनके लिए मैक्रोपैरामीटर (टी, पी, ) के मान अलग-अलग बिंदुओं पर भिन्न होते हैं, अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं होती हैं, जिन्हें कहा जाता है परिवहन घटना . ऐसी प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ऊर्जा को सिस्टम के एक स्थानीय क्षेत्र से दूसरे (तापीय चालकता की घटना), द्रव्यमान (प्रसार की घटना), संवेग (आंतरिक घर्षण), आवेश आदि में स्थानांतरित किया जाता है। यह सिस्टम के आयतन द्वारा मैक्रोपैरामीटर के मूल्यों के संरेखण की ओर जाता है। यह स्पष्ट है कि किसी भी मूल्य के हस्तांतरण को उनके अराजक आंदोलन के परिणामस्वरूप एक निश्चित संख्या में कणों (अणुओं और परमाणुओं) के स्थान से स्थान पर संक्रमण द्वारा समझाया गया है।

हम एक मनमाना दिशा के साथ सामान्य परिवहन समीकरण प्राप्त करते हैं। आइए अक्ष O को इसके अनुदिश निर्देशित करें एक्स(चित्र तीन)। आइए हम मानसिक रूप से S क्षेत्र वाले विमान के एक तत्व को O . पर लंबवत रूप से अलग करें एक्स. समय के दौरान आंदोलन की यादृच्छिकता के कारण S से S की दिशा में O एक्सएन कणों को स्थानांतरित करें:

(1)

यहाँ n अणुओं (परमाणुओं) की सांद्रता है, और उनका अंकगणित माध्य वेग है। S से गुजरते हुए, प्रत्येक अणु अपने अंतर्निहित द्रव्यमान, आवेश, संवेग, ऊर्जा या अपनी कुछ अन्य विशेषताओं को स्थानांतरित करता है। आइए हम अक्षर द्वारा एक अणु द्वारा वहन की गई मात्रा के मान को निरूपित करें। तब समय के दौरान t क्षेत्र से होकर S O अक्ष की दिशा में एक्समात्रा हस्तांतरित की जाएगी भौतिक मात्रा

(2).

जाहिर है, अगर दाईं ओर की सांद्रता भी n है, तो समान संख्या में कण दाएं से बाएं चले जाएंगे। वे। इस मामले में परिणामी कैरी शून्य: N = 0 और ∆Nφ = 0।

यदि माध्यम अमानवीय है, अर्थात। या तो कणों की सांद्रता या बाएँ और दाएँ कणों के लिए का मान समान नहीं है, तो उन क्षेत्रों से संक्रमण जहाँ (nφ) का मान उस क्षेत्र से बड़ा है जहाँ यह छोटा है, अधिक संभावना होगी। यदि हम यह मान लें कि (nφ) 1 > (nφ) 2, तो के मान का परिणामी हस्तांतरण संबंध द्वारा निर्धारित किया जाएगा: । (3)

माइनस साइन इन (3) इस तथ्य को दर्शाता है कि स्थानांतरण दिशा में मान (nφ) घट जाता है।

आइए जानें कि बाईं और दाईं ओर ∆S से कितनी दूरी पर मान (nφ) लिया जाना चाहिए। इसलिये परिवर्तन भौतिक विशेषताएंअणु केवल टकराव के दौरान होते हैं, और टक्कर से पहले प्रत्येक अणु ने मुक्त पथ के बराबर दूरी तय की है, तो हम मान सकते हैं कि (एनφ) अणु ∆ के बाएं और दाएं मुक्त पथ के बराबर दूरी पर अपरिवर्तित रहते हैं। एस। (3) के दाएँ पक्ष को 2 से भाग दें और गुणा करें:

किसी भी दिशा में मात्राओं का वितरण ग्रेडिएंट नामक एक विशेषता द्वारा निर्धारित किया जाता है। एक ढाल एक इकाई लंबाई के बराबर दूरी पर परिमाण में परिवर्तन है।

इस मामले में, निर्देशांक के साथ बिंदु पर एक्स 2 हस्तांतरणीय मूल्य का मान (nφ) 2 है, और बिंदु पर एक्स 1 - (एनφ) 1 , फिर मान nφ के ढाल के तहत, ओ अक्ष के साथ स्थानांतरित किया गया एक्सरिश्ते को समझना चाहिए:

.

फिर क्षेत्र S में nφ की ढाल।

. (5)

(5) सामान्य स्थानांतरण समीकरण है।

विसरण पदार्थ के द्रव्यमान का स्थानांतरण है . बशर्ते कि अणुओं का द्रव्यमान समान हो (m 0 = const), गैस का तापमान आयतन (T = const) में समान हो और वेगों का वितरण आयतन (= const) पर एक समान हो, इसके द्रव्यमान को प्रतिस्थापित करते हुए के बजाय (5) में अणु, हम प्राप्त करते हैं:

या . (6)

यह फिक का नियम है। डी = प्रसार गुणांक है। [डी] \u003d एम 2 / एस।

तापीय चालकता ऊर्जा का हस्तांतरण है . बशर्ते कि गैस की पूरी मात्रा (n \u003d const) पर अणुओं की सांद्रता, अणुओं का द्रव्यमान समान हो (m 0 \u003d const), आयतन पर वेगों का वितरण एक समान हो ( \u003d const), और एक अणु की अनुवाद गति की औसत गतिज ऊर्जा, हमें फूरियर कानून मिलता है:

, या . (7)

- तापीय चालकता का गुणांक। [χ] \u003d डब्ल्यू / (एम के) \u003d किलो मीटर / (एस 3 के)।

श्यानता समानांतर परतों के बीच संवेग का स्थानांतरण है जो वेगों पर एक क्रमबद्ध तरीके से चलती हैआप 1 औरआप 2. बशर्ते कि गैस के पूरे आयतन में अणुओं की सांद्रता n = स्थिरांक हो, अणुओं का द्रव्यमान समान हो (m 0 = const), आयतन पर वेगों का वितरण एक समान (= स्थिरांक) हो, और संवेग एक अणु का मापांक, परतों के क्रमित गति की गति से जुड़ा होता है = p = m 0 u, हमारे पास परतों के अंतःक्रिया बल की गति के लिए:

या . ()

यह न्यूटन का समीकरण है, जो आंतरिक घर्षण (चिपचिपाहट) के बल का परिमाण निर्धारित करता है। अनुप्रस्थ वेग प्रवणता दिशा में वेग के परिवर्तन की दर की विशेषता है एक्सरगड़ परतों के आंदोलन के लंबवत। - चिपचिपाहट का गतिशील गुणांक . [η] = पा एस।

आणविक बल

अणुओं के बीच परस्पर क्रिया के बल, या, जैसा कि उन्हें वैन डेर वाल्स बल भी कहा जाता है, प्रकृति में विद्युत हैं। ये आवेशित कणों की परस्पर क्रिया के कूलम्ब बल हैं जो परमाणु और अणु बनाते हैं। वे स्वयं अणुओं के आकार के अनुरूप दूरी पर दिखाई देते हैं और बढ़ती दूरी के साथ बहुत जल्दी कम हो जाते हैं। उसी समय, आकर्षक बल (विपरीत आवेशों की परस्पर क्रिया) और प्रतिकारक बल (समान आवेशों की परस्पर क्रिया) एक साथ कार्य करते हैं। इसलिये वास्तविक कण बिंदु नहीं हैं, तो इन बलों का परिमाण उनके बीच की दूरी पर अलग-अलग तरीकों से निर्भर करता है।

वैन डेर वाल्स बल तीन प्रकार के होते हैं:

ए) अभिविन्यास - ध्रुवीय अणुओं के बीच कार्य:

,

जहां р कणों का विद्युत द्विध्रुवीय क्षण है, r उनके बीच की दूरी है, k बोल्ट्जमान स्थिरांक है, थर्मोडायनामिक तापमान है।

बी) प्रवेश - अणुओं की परस्पर क्रिया, ध्रुवीकरण का वर्णन करें

आवेश जिसमें पड़ोसी कणों के विद्युत क्षेत्रों के प्रभाव में उत्पन्न होता है:

.

यहाँ: р ind = ε 0 αЕ - कणों का अधिग्रहीत विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण; α अणुओं की ध्रुवीकरण क्षमता है।

में) फैलाव - अणुओं की परस्पर क्रिया का निर्धारण करें, जिसमें एक असममित आवेश वितरण बेतरतीब ढंग से होता है, इलेक्ट्रॉनों की कक्षाओं में गति करने की प्रक्रिया में, जिससे तात्कालिक द्विध्रुव का निर्माण होता है:

.

सामान्य तौर पर, तीनों प्रकार के बल एक साथ कार्य कर सकते हैं:

एफ एम \u003d एफ ओ + एफ और + एफ डी।

आइए, अंतर-आणविक अन्योन्यक्रिया बलों की दूरी पर निर्भरता पर विचार करें। आकर्षण बल एफ पीआर को नकारात्मक माना जाता है, और एफ से प्रतिकर्षण की ताकतों को सकारात्मक माना जाता है। इन बलों का योग परिणाम देता है - Fres = f(r)। अणुओं के बीच कुछ दूरी पर r 0 |F pr | = |एफ से | और परिणामी बल F \u003d F pr + F \u003d 0 से। यदि r< r 0 , то преобладают силы отталкивания. Если r >r 0 , तब आकर्षण बल प्रबल होते हैं। हालांकि, r > 10 -9 मीटर की दूरी पर, वैन डेर वाल्स बल जल्दी से शून्य हो जाते हैं।

परस्पर क्रिया करने वाले अणुओं की प्रणाली को संभावित ऊर्जा के एक निश्चित भंडार की विशेषता है, जो एक जटिल तरीके से r पर निर्भर करता है, E p = f(r):

आर → - ई पी → 0;

r > r 0 और r → r 0 - E p → E p min, E p< 0 ;

आर \u003d आर 0 - ई पी \u003d ई पी मिनट, ई पी< 0;

आर< r 0 и уменьшается – Е п → ∞, Е п > 0.

अंतःक्रिया की सबसे छोटी स्थितिज ऊर्जा अणुओं की बंधन ऊर्जा कहलाती है. यह उस कार्य के बराबर है जो संतुलन में मौजूद अणुओं को अलग करने के लिए आकर्षण बलों के विरुद्ध किया जाना चाहिए।

न्यूनतम संभावित ऊर्जा (ई पी मिनट) का अनुपात और प्रति एक डिग्री स्वतंत्रता की तापीय गति की दोगुनी औसत ऊर्जा का मूल्य किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति के लिए एक मानदंड है। अगर:

ए) ई पी मिनट<< kT – газ;

बी) ई पी मिनट »केटी - तरल;

c) E p min >> kT एक ठोस पिंड है।

इस प्रकार, तापमान के आधार पर कोई भी पदार्थ, गैसीय, तरल या एकत्रीकरण की ठोस अवस्था में हो सकता है।

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस निकायों की संरचनात्मक विशेषताएं

आरएन ग्रैबोव्स्की। भौतिकी पाठ्यक्रम। 1980, पीपी. 168-174.

वास्तविक गैसें

आणविक गतिज सिद्धांत के समीकरण पर्याप्त उच्च तापमान और कम दबाव पर वास्तविक गैसों के व्यवहार का काफी अच्छी तरह से वर्णन करते हैं। यह समझ में आता है, क्योंकि ऐसी स्थिति असली गैसआदर्श गैस मॉडल के सबसे करीब, जिसके आधार पर एमकेटी के सभी निष्कर्ष प्राप्त किए जाते हैं। हालांकि, बढ़ते दबाव और घटते तापमान के साथ, अणुओं के बीच औसत दूरी कम हो जाती है और आणविक बातचीत की ताकत बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, नं. अणुओं की मात्रा गैस के कब्जे वाले आयतन का 1/10000 है, और 500 एटीएम (500 एमपीए) के दबाव में यह पहले से ही गैस की कुल मात्रा का आधा होगा। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि इन शर्तों के तहत MKT के कानून काम करना बंद कर देते हैं, उदाहरण के लिए, PV const at T = const।

इस प्रकार, कार्य एक वास्तविक गैस के लिए राज्य का ऐसा समीकरण प्राप्त करना है जो अणुओं की मात्रा और उनकी बातचीत को ध्यान में रखेगा।

©2015-2019 साइट
सभी अधिकार उनके लेखकों के हैं। यह साइट लेखकत्व का दावा नहीं करती है, लेकिन मुफ्त उपयोग प्रदान करती है।
पेज बनाने की तारीख: 2016-02-13

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। (द्रव 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 आण्विक संरचना के आधार पर जल और वायु में 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?

उत्तर। 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।

उत्तर। 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। एक बड़े के टुकड़ों को तोड़ें और उनकी जांच करें नमक. 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 के एक टुकड़े को तोड़ें और समझाएं कि एक ब्रेक हमेशा एक चिकनी सतह क्यों बनाता है।

उत्तर। 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 बिखराव, क्वांटम यांत्रिक 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 विशिष्ट संरचना की कमी से उनके विवरण को औपचारिक रूप देना मुश्किल हो जाता है - अधिकांश पाठ्यपुस्तकों में, तरल पदार्थ बहुत अधिक दिए जाते हैं। कम जगहगैसों और क्रिस्टलीय ठोसों की तुलना में। 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 बहुत होती है अधिक आकारअणु स्वयं
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 बढ़ता है, अधिकतथ्यों ने तरल और ठोस की संरचना के बीच समानता की उपस्थिति का संकेत दिया। 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।
इस उदाहरण से पहले से ही 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 स्थानांतरीय 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 प्रसार उनकी अनुवाद गति के परिणामस्वरूप होता है, 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 ऐसे भौतिक गुण होते हैं कि कुछ मामलों में वे ठोस के समान होते हैं, और अन्य 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 बार-बार दोहराव से 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, यह फ़ंक्शन एक्स-रे या न्यूट्रॉन के विवर्तन का अध्ययन करके पाया जा सकता है, और उच्च गति वाले कंप्यूटरों के आगमन के साथ, इसकी गणना विधि द्वारा की जाने लगी कंप्यूटर सिमुलेशन, अणुओं के बीच कार्य करने वाले बलों की प्रकृति पर या इन बलों के बारे में मान्यताओं के साथ-साथ न्यूटनियन यांत्रिकी के नियमों पर उपलब्ध आंकड़ों के आधार पर। सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त रेडियल वितरण कार्यों की तुलना करके, 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 ज्ञानोदय 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 पदार्थ 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 प्रणाली कण, 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। कमरे के तापमान पर पानी के लिए 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 स्कैटरिंग डेटा से, कोई कण वितरण घनत्व फ़ंक्शन  की गणना केंद्र के रूप में चुने गए एक कण से दूरी r के एक फ़ंक्शन के रूप में कर सकता 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। साथ ही साथ काइनेटिक सिद्धांतहाल के दशकों में, तरल पदार्थ के सांख्यिकीय सिद्धांत को सफलतापूर्वक विकसित किया गया है।

बर्फ और पानी की संरचना। सामान्य परिस्थितियों में सबसे महत्वपूर्ण और सामान्य तरल पानी 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) और कार्बनिक पदार्थ (अल्कोहल, शर्करा, 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: उच्च क्वथनांक, 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 सल्फर, सेलेनियम और टेल्यूरियम के निम्नलिखित हाइड्राइड्स के लिए लगभग रैखिक निर्भरता से भविष्यवाणी की तुलना में काफी अधिक हैं। 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-बांड बनाते हैं), और अन्य - जैसे सीसीएल 4 पर्यावरण (जहां वे एच-बांड 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 अधिकतम वक्र 1 से अधिकतम वक्र 2 तक फैला हुआ है। इसका मतलब है कि तरल पानी में सभी OH 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 मान्यता प्राप्त है। इस मॉडल के अनुसार तरल जलतापीय गति से परेशान है (ऊष्मीय गति का प्रमाण और परिणाम - ब्राउनियन गति, जिसे पहली बार 1827 में एक माइक्रोस्कोप के तहत पराग पर अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन द्वारा देखा गया था) एक बर्फ जैसा टेट्राहेड्रल फ्रेम (बर्फ के क्रिस्टल में प्रत्येक पानी का अणु बर्फ की तुलना में कम ऊर्जा वाले हाइड्रोजन बांड से जुड़ा होता है - "ढीला" हाइड्रोजन बांड) इसके चारों ओर पानी के अणुओं के साथ), इस फ्रेम के रिक्त स्थान आंशिक रूप से पानी के अणुओं से भरे होते हैं, और पानी के अणु रिक्तियों में और बर्फ की तरह काराकस 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 का अणु एक दर्पण-सममित (मजबूत) और तीन केंद्रीय सममित (कम मजबूत) बंधन बनाता है। 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 बंधनों 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 पर्यावरण 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 ऊर्जा रसायनिक बंध H-O 456 kJ/mol है, और H...O की हाइड्रोजन बॉन्ड एनर्जी 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, जब एक तरल जम जाता है और एक ठोस में बदल जाता है, तो प्राप्त संरचना जैसा दिखता 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। तरल समाधानों का निर्माण आमतौर पर सॉल्वैंशन की प्रक्रिया के साथ होता है, 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 और in . के निकट की स्थिति साफ पानी, और ईआई और ई 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 निर्धारित है नकारात्मक मानसॉल्वेशन एन्थैल्पी।
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 अंतःक्रियाएं भौतिक प्रकृति (वैन डेर वाल्स फोर्स) और जटिल भौतिक रासायनिक प्रकृति (हाइड्रोजन बांड, आयन-आणविक बंधन, चार्ज ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स, आदि) की हो सकती हैं। 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 समाधान के भौतिक और रासायनिक सिद्धांतों पर विचार किया था।
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 सबसे अधिक शोध किया जा रहा है आधुनिक तरीके क्वांटम यांत्रिकीसांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स और भौतिकी, क्रिस्टल रसायन शास्त्र, एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण, ऑप्टिकल विधियां, 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 सभी 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।

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की संरचना।

आणविक गतिज सिद्धांत के मूल प्रावधान:

सभी पदार्थ अणुओं से बने होते हैं, और अणु परमाणुओं से बने होते हैं।

परमाणु और अणु निरंतर गति में हैं,

अणुओं के बीच आकर्षक और प्रतिकारक बल होते हैं।

में गैसोंअणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं, अणुओं के बीच की दूरी बड़ी होती है, आणविक बल छोटे होते हैं, गैस इसे प्रदान किए गए पूरे आयतन पर कब्जा कर लेती है।

में तरल पदार्थअणुओं को केवल छोटी दूरी पर आदेश दिया जाता है, और बड़ी दूरी पर व्यवस्था के क्रम (समरूपता) का उल्लंघन होता है - "शॉर्ट रेंज ऑर्डर"। आण्विक आकर्षण बल अणुओं को एक दूसरे के निकट रखते हैं। अणुओं की गति एक स्थिर स्थिति से दूसरी (आमतौर पर एक परत के भीतर) "कूद" जाती है। यह गति एक तरल की तरलता की व्याख्या करती है। एक तरल का कोई आकार नहीं होता है, लेकिन इसमें मात्रा होती है।

ठोस - पदार्थ जो अपना आकार बनाए रखते हैं, क्रिस्टलीय और अनाकार में विभाजित होते हैं। स्फटिक ठोसनिकायों में एक क्रिस्टल जाली होती है, जिसके नोड्स में आयन, अणु या परमाणु हो सकते हैं। वे स्थिर संतुलन स्थितियों के सापेक्ष दोलन करते हैं। क्रिस्टल जाली में पूरे आयतन में एक नियमित संरचना होती है - स्थान का एक "लंबी दूरी का क्रम"।

अनाकार शरीरअपना आकार बनाए रखते हैं, लेकिन क्रिस्टल जाली नहीं होती है और परिणामस्वरूप, एक स्पष्ट गलनांक नहीं होता है। उन्हें जमे हुए तरल पदार्थ कहा जाता है, क्योंकि वे तरल पदार्थों की तरह, आणविक व्यवस्था के "निकट" क्रम में होते हैं।

अणुओं की परस्पर क्रिया बल

किसी पदार्थ के सभी अणु एक दूसरे के साथ आकर्षण और प्रतिकर्षण बल द्वारा परस्पर क्रिया करते हैं। अणुओं की परस्पर क्रिया का प्रमाण: गीला होने की घटना, संपीड़न और खिंचाव का प्रतिरोध, ठोस और गैसों की कम संपीड्यता, आदि। अणुओं के परस्पर क्रिया का कारण पदार्थ में आवेशित कणों का विद्युत चुम्बकीय संपर्क है। इसे कैसे समझाएं? एक परमाणु में एक धनात्मक आवेशित नाभिक और एक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन खोल होता है। नाभिक का आवेश सभी इलेक्ट्रॉनों के कुल आवेश के बराबर होता है, इसलिए, समग्र रूप से, परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है। एक या एक से अधिक परमाणुओं से युक्त अणु भी विद्युत रूप से तटस्थ होता है। दो गतिहीन अणुओं के उदाहरण का उपयोग करते हुए अणुओं के बीच अन्योन्यक्रिया पर विचार करें। प्रकृति में निकायों के बीच गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय बल मौजूद हो सकते हैं। चूंकि अणुओं का द्रव्यमान बहुत छोटा होता है, इसलिए अणुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क की नगण्य ताकतों को नजरअंदाज किया जा सकता है। बहुत बड़ी दूरी पर, अणुओं के बीच कोई विद्युत चुम्बकीय संपर्क भी नहीं होता है। लेकिन, अणुओं के बीच की दूरी में कमी के साथ, अणु खुद को उन्मुख करना शुरू कर देते हैं ताकि एक दूसरे का सामना करने वाले पक्षों पर अलग-अलग संकेतों के आरोप हों (सामान्य तौर पर, अणु तटस्थ रहते हैं), और अणुओं के बीच आकर्षक बल उत्पन्न होते हैं। अणुओं के बीच की दूरी में और भी अधिक कमी के साथ, अणुओं के परमाणुओं के ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन कोशों की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप प्रतिकारक बल उत्पन्न होते हैं। नतीजतन, अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण की ताकतों के योग से प्रभावित होता है। बड़ी दूरी पर, आकर्षक बल प्रबल होता है (2-3 आणविक व्यास की दूरी पर, आकर्षण अधिकतम होता है), कम दूरी पर, प्रतिकारक बल। अणुओं के बीच ऐसी दूरी होती है जिस पर आकर्षण बल प्रतिकर्षण बल के बराबर हो जाते हैं। अणुओं की इस स्थिति को स्थिर संतुलन की स्थिति कहा जाता है। एक दूसरे से दूरी पर स्थित और विद्युत चुम्बकीय बलों से जुड़े अणुओं में संभावित ऊर्जा होती है। स्थिर संतुलन की स्थिति में अणुओं की स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम होती है। एक पदार्थ में, प्रत्येक अणु एक साथ कई पड़ोसी अणुओं के साथ बातचीत करता है, जो अणुओं की न्यूनतम संभावित ऊर्जा के मूल्य को भी प्रभावित करता है। इसके अलावा, किसी पदार्थ के सभी अणु निरंतर गति में होते हैं, अर्थात। गतिज ऊर्जा है। इस प्रकार, किसी पदार्थ की संरचना और उसके गुण (ठोस, तरल और गैसीय पिंड) अणुओं की बातचीत की न्यूनतम संभावित ऊर्जा और अणुओं की तापीय गति की गतिज ऊर्जा के बीच के अनुपात से निर्धारित होते हैं।

ठोस, तरल और गैसीय निकायों की संरचना और गुण

पिंडों की संरचना को शरीर के कणों की परस्पर क्रिया और उनकी तापीय गति की प्रकृति द्वारा समझाया गया है।

ठोस

ठोसों का आकार और आयतन स्थिर होता है, और व्यावहारिक रूप से असम्पीडित होते हैं। अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा से अधिक होती है। कणों की मजबूत बातचीत। एक ठोस में अणुओं की तापीय गति केवल स्थिर संतुलन की स्थिति के आसपास कणों (परमाणुओं, अणुओं) के दोलनों द्वारा व्यक्त की जाती है।

आकर्षण की बड़ी ताकतों के कारण, अणु व्यावहारिक रूप से किसी पदार्थ में अपनी स्थिति नहीं बदल सकते हैं, जो ठोस के आयतन और आकार में परिवर्तन की व्याख्या करता है। अधिकांश ठोस में कणों की एक स्थानिक रूप से व्यवस्थित व्यवस्था होती है जो एक नियमित क्रिस्टल जाली बनाती है। पदार्थ के कण (परमाणु, अणु, आयन) कोने पर स्थित होते हैं - क्रिस्टल जाली के नोड्स। क्रिस्टल जाली के नोड्स कणों के स्थिर संतुलन की स्थिति के साथ मेल खाते हैं। ऐसे ठोस पदार्थ क्रिस्टलीय कहलाते हैं।

तरल

द्रवों का एक निश्चित आयतन होता है, लेकिन उनका अपना आकार नहीं होता, वे उस पात्र का आकार ले लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा के बराबर होती है। कमजोर कण संपर्क। एक तरल में अणुओं की तापीय गति को उसके पड़ोसियों द्वारा अणु को प्रदान किए गए आयतन के भीतर स्थिर संतुलन की स्थिति के आसपास दोलनों द्वारा व्यक्त किया जाता है। अणु किसी पदार्थ के पूरे आयतन में स्वतंत्र रूप से नहीं चल सकते हैं, लेकिन अणुओं का पड़ोसी स्थानों पर संक्रमण संभव है। यह तरल की तरलता, इसके आकार को बदलने की क्षमता की व्याख्या करता है।

तरल पदार्थों में, अणु आकर्षक बलों द्वारा एक-दूसरे से काफी मजबूती से बंधे होते हैं, जो तरल के आयतन के व्युत्क्रम की व्याख्या करता है। एक द्रव में अणुओं के बीच की दूरी अणु के व्यास के लगभग बराबर होती है। अणुओं के बीच की दूरी में कमी (एक तरल को संपीड़ित करना) के साथ, प्रतिकारक बल तेजी से बढ़ते हैं, इसलिए तरल पदार्थ असंपीड़ित होते हैं। उनकी संरचना और तापीय गति की प्रकृति के संदर्भ में, तरल पदार्थ ठोस और गैसों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। हालांकि एक तरल और एक गैस के बीच का अंतर एक तरल और एक ठोस के बीच की तुलना में बहुत अधिक है। उदाहरण के लिए, पिघलने या क्रिस्टलीकरण के दौरान, किसी पिंड का आयतन वाष्पीकरण या संघनन की तुलना में कई गुना कम होता है।

गैसों में एक स्थिर आयतन नहीं होता है और वे उस बर्तन के पूरे आयतन पर कब्जा कर लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा से कम होती है। पदार्थ के कण व्यावहारिक रूप से परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। गैसों को अणुओं की व्यवस्था और गति में एक पूर्ण विकार की विशेषता होती है।

गैस के अणुओं के बीच की दूरी अणुओं के आकार से कई गुना अधिक होती है। छोटे आकर्षण बल अणुओं को एक दूसरे के पास नहीं रख सकते हैं, इसलिए गैसें अनिश्चित काल तक फैल सकती हैं। बाहरी दबाव की क्रिया के तहत गैसें आसानी से संकुचित हो जाती हैं, क्योंकि। अणुओं के बीच की दूरी बड़ी होती है, और परस्पर क्रिया बल नगण्य होते हैं। बर्तन की दीवारों पर गैस का दबाव गतिमान गैस अणुओं के प्रभाव से निर्मित होता है।