액체 분자 구조의 특징

액체는 기체와 고체 결정성 물질 사이의 성질과 구조의 중간 위치를 차지합니다. 따라서 기체와 기체의 성질을 모두 가지고 있습니다. 고체. 분자 운동 이론에서 물질의 다른 응집 상태는 분자 질서의 다른 정도와 관련이 있습니다. 고체의 경우 소위 장거리 주문입자의 배열, 즉 긴 거리에 걸쳐 반복되는 질서정연한 배열. 액체에서는 소위 단거리 주문입자의 배열, 즉 멀리서 반복되는 정렬된 배열은 원자간 배열과 비슷합니다. 결정화 온도에 가까운 온도에서 액체 구조는 고체 구조에 가깝습니다. 끓는점에 가까운 고온에서 액체의 구조는 기체 상태에 해당합니다. 거의 모든 분자는 혼란스러운 열 운동에 참여합니다.

액체는 고체와 같이 일정한 부피를 가지며 기체와 같이 액체가 있는 용기의 모양을 취합니다. 가스 분자는 실제로 분자간 상호 작용의 힘에 의해 상호 연결되지 않으며, 이 경우 평균 에너지 열 운동가스 분자는 그들 사이의 인력으로 인해 평균 위치 에너지보다 훨씬 크므로 가스 분자는 다른 방향으로 흩어지고 가스는 제공된 부피를 차지합니다. 고체 및 액체 몸체에서 분자 사이의 인력은 이미 상당하며 분자를 서로 일정한 거리에 유지합니다. 이 경우 분자의 열 운동의 평균 에너지는 분자간 상호 작용의 힘으로 인해 평균 위치 에너지보다 작고 분자 간의 인력을 극복하기에 충분하지 않으므로 고체와 액체는 일정한 부피를 갖는다 .

액체의 압력은 온도가 증가하고 부피가 감소함에 따라 매우 급격하게 증가합니다. 액체의 체적 팽창은 액체의 분자를 결합하는 힘이 더 중요하기 때문에 증기 및 기체의 부피 팽창보다 훨씬 적습니다. 열팽창에도 동일한 설명이 적용됩니다.

액체의 열용량은 일반적으로 온도에 따라 증가합니다(약간). C p /C V 비율은 실질적으로 1과 같습니다.

유체 이론은 현재까지 완전히 개발되지 않았습니다. 액체의 복잡한 특성에 대한 연구에서 많은 문제의 개발은 Ya.I에 속합니다. 프렌켈(1894-1952). 그는 각 분자가 특정 평형 위치 주위에서 얼마 동안 진동하고 그 후에 새로운 위치로 점프한다는 사실에 의해 액체의 열 운동을 설명했습니다. 따라서 액체의 분자는 액체의 질량 전체에서 아주 천천히 움직입니다. 액체의 온도가 증가함에 따라 진동 운동의 주파수가 급격히 증가하고 분자의 이동도가 증가합니다.

Frenkel 모델을 기반으로 몇 가지 설명이 가능합니다. 고유 한 특징 액체의 속성. 따라서 액체는 임계 온도 근처에서도 훨씬 더 큰 점도온도가 증가함에 따라 점도가 감소합니다(기체에서와 같이 증가하기 보다는). 이것은 운동량 전달 과정의 다른 특성으로 설명됩니다. 한 평형 상태에서 다른 평형 상태로 점프하는 분자에 의해 전달되며 이러한 점프는 온도가 증가함에 따라 훨씬 더 자주 발생합니다. 확산액체에서는 분자 점프로 인해서만 발생하며 기체에서보다 훨씬 느리게 발생합니다. 열 전도성액체는 다른 진폭으로 평형 위치를 중심으로 진동하는 입자 사이의 운동 에너지 교환으로 인한 것입니다. 분자의 급격한 점프는 눈에 띄는 역할을하지 않습니다. 열전도 메커니즘은 기체에서의 메커니즘과 유사합니다. 특징적인 특징액체는 가질 수있는 능력입니다. 자유 표면(단단한 벽으로 제한되지 않음).

액체의 분자 구조에 대해 몇 가지 이론이 제안되었습니다.

1. 구역 모델.에 이 순간시간이 지남에 따라 액체는 분자가 올바른 순서로 배열되어 일종의 미세 결정(영역)을 형성하는 영역으로 구성된 것으로 간주할 수 있습니다. 이 영역은 말하자면 기체 상태의 물질로 분리되어 있습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 영역은 다른 위치에서 형성됩니다.

2. 준결정 구조 이론.절대 영도의 결정을 고려하십시오(그림 9.9 참조).

우리는 임의의 방향을 선택하고 원점에 위치한 다른 분자로부터 특정 거리에서 가스 분자를 찾을 확률 P의 의존성을 플로팅합니다 (그림 9.9. ㅏ), 분자는 결정 격자의 노드에 위치합니다. 더 높은 온도에서(그림 9.9, 비) 분자는 대부분의 시간을 보내는 고정된 평형 위치를 중심으로 진동합니다. 이상적인 결정에서 최대 확률 반복의 엄격한 주기성은 선택한 입자에서 임의로 멀리 확장됩니다. 따라서 "장거리 질서"가 고체에 존재한다고 말하는 것이 관례입니다.

액체의 경우(그림 9.9, 안에) 각 분자 근처에서 이웃은 다소 규칙적으로 위치하지만 멀리 떨어져 있으면 이 순서가 위반됩니다(단거리 순서). 그래프에서 거리는 분자 반경의 분수로 측정됩니다(r/r 0).

잠재적인 분야에서 분자의 분포

중력(볼츠만 분포)

기체의 MKT와 Maxwell 분포의 기본 방정식을 유도할 때 기체 분자에는 외력이 작용하지 않는다고 가정했는데, 이는 분자가 부피 전체에 균일하게 분포되어 있음을 의미합니다. 그러나 모든 가스의 분자는 항상 지구 중력의 잠재적 필드에 있습니다. 한편으로는 중력과 분자의 열 운동은 높이가 증가함에 따라 가스 압력이 감소하는 특정 정지 상태로 이어집니다.

전체 높이에 대해 다음과 같이 가정하고 높이에 따른 압력 변화의 법칙을 구해 봅시다. 중력장은 균일합니다(g = const). 온도는 동일합니다(T = const). 모든 분자의 질량은 같다.

압력 p가 높이 h에 있다고 하자. 그러면 높이 h + dh에서 압력은 p + dp입니다. 또한 dh > 0이면 dp< 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:

지금 또는 .

오른쪽과 왼쪽을 통합합시다.

; .

어디에, . (26)

이것은 소위 기압 공식입니다. 이를 통해 해발 고도의 함수로 대기압을 결정할 수 있습니다.

. (27)

왜냐하면 압력은 분자의 농도에 정비례합니다. 그러면 온도가 높이에 따라 변하지 않는다면(T = const) 높이에 따른 분자 농도의 변화 법칙을 얻을 수 있습니다.

. (28)

(27)에서 M = m∙NA 및 R = k∙NA를 고려하면 다음을 얻습니다.

왜냐하면 mgh = U(h)는 높이 h에 있는 한 분자의 위치 에너지입니다.

(30)

볼츠만 분포입니다.

충돌 횟수 및 이상적인 기체 분자의 자유 경로를 의미합니다.

무질서한 운동의 결과로 기체 분자는 지속적으로 서로 충돌합니다. 두 개의 연속적인 충돌 사이에서 분자는 평균 자유 경로라고 하는 특정 경로 λ를 이동합니다. . 일반적으로 이 경로의 길이는 다르지만, 충돌 횟수가 매우 많고 움직임이 무작위적이므로 일정한 외부 조건에서 우리는 다음과 같이 말할 수 있습니다. 중간 길이프리런 - . 주어진 기체의 분자가 평균 1초의 충돌을 겪는다면,

여기서 분자의 산술 평균 속도입니다.

우리는 이상 기체 분자를 구체로 간주합니다. 분명히 두 분자가 2개의 반지름, 즉 분자의 지름 d와 같은 거리까지 접근하면 충돌이 발생합니다. 최소 거리, 충돌 시 두 분자의 중심이 접근하는 것을 분자의 유효 직경이라고 합니다. 이 매개변수는 에 따라 달라지므로 가스 온도에 따라 달라집니다.

정의하기 위해 다른 분자들 사이에서 속도로 움직이는 유효 직경 d를 가진 분자를 상상해 보세요. 동시에 움직이지 않습니다. 이 분자는 중심이 반지름 d의 "깨진" 실린더 내부에 있는 모든 분자와 충돌합니다. 이것은 이 실린더의 부피에 있는 분자의 수와 같다는 것을 의미합니다.

여기서 n은 분자의 농도이고 V는 실린더의 부피입니다. . 이를 염두에 두고 -

. (32)

다른 분자의 움직임을 고려하면 충돌 횟수가 한 요인 증가합니다. 마지막으로 z에 대해 다음을 얻습니다.

. (33)

그 다음에 (34)

왜냐하면 p ~ n, 다른 경우 외부 조건우리는 가지고 있습니다:

n.o.에서 공기를 위해 (p \u003d 760 mm Hg; t 0 \u003d 0 0 С): z \u003d 10 9 s -1, a \u003d 5 ∙ 10 -8 m.

전송 현상

열역학적으로 비평형 시스템에서, 즉 매크로 매개 변수 (T, p, )의 값이 다른 지점에서 다른 시스템에서는 돌이킬 수없는 프로세스가 발생합니다. 수송 현상 . 이러한 프로세스의 결과로 에너지는 시스템의 한 로컬 영역에서 다른 영역(열전도 현상), 질량(확산 현상), 운동량(내부 마찰), 전하 등으로 전달됩니다. 이것은 시스템의 볼륨에 따라 매크로 매개 변수 값의 정렬로 이어집니다. 어떤 값의 이동은 혼란스러운 움직임의 결과로 특정 수의 입자(분자 및 원자)가 장소에서 장소로 이동하는 것으로 설명된다는 것이 분명합니다.

임의의 방향을 따라 일반 수송 방정식을 얻습니다. 그것을 따라 축 O를 지시합시다. 엑스(그림 3). O에 수직인 면적 ∆S를 갖는 평면의 요소를 정신적으로 선택합시다. 엑스. O 방향으로 ∆t에서 ∆S까지의 시간 동안 움직임의 무작위성으로 인해 엑스 N 입자 이동:

(1)

여기서 n은 분자(원자)의 농도이며, 산술 평균 속도입니다. ∆S를 통과하면 각 분자는 고유한 질량, 전하, 운동량, 에너지 또는 기타 특성을 전달합니다. 한 분자가 운반하는 양의 값을 문자 φ로 표시합시다. 그런 다음 시간 ∆t 동안 영역 ∆S를 통해 O 축 방향으로 엑스수량 이전됩니다 물리량

(2).

분명히 오른쪽의 농도도 n이면 같은 수의 입자가 오른쪽에서 왼쪽으로 이동할 것입니다. 저것들. 이 경우 결과 캐리 영: ∆N = 0 및 ∆Nφ = 0.

매체가 불균일한 경우, 즉 입자의 농도 또는 왼쪽과 오른쪽의 입자에 대한 φ 값이 동일하지 않으면 (nφ) 값이 더 큰 영역에서 더 작은 영역으로 전이될 가능성이 더 높습니다. (nφ) 1 > (nφ) 2라고 가정하면 φ 값의 결과 전달은 다음 관계에 의해 결정됩니다. (삼)

(3)의 빼기 기호는 값(nφ)이 전달 방향으로 감소한다는 사실을 반영합니다.

∆S에서 좌우 어느 정도의 거리에서 값(nφ)을 취해야 하는지 알아봅시다. 왜냐하면 변화 물리적 특성분자는 충돌 중에만 발생하고 충돌 전에 각 분자가 자유 경로와 동일한 거리를 이동했다면 (nφ) 분자는 ∆의 왼쪽과 오른쪽에 대한 자유 경로와 동일한 거리에서 변경되지 않고 유지된다고 가정할 수 있습니다. 에스. (3)의 우변을 2로 나누고 곱합니다.

임의의 방향에 따른 양의 분포는 기울기라고 하는 특성에 의해 결정됩니다. 기울기는 단위 길이와 동일한 거리에 대한 크기의 변화입니다.

이 경우 좌표가 있는 점에서 엑스 2 양도 가능한 값의 값은 (nφ) 2이고 점에서 엑스 1 – (nφ) 1 , 그런 다음 값 nφ의 기울기에서 O 축을 따라 전송 엑스, 관계를 이해해야 합니다.

.

그 다음에 영역 ∆S에서 nφ의 기울기.

. (5)

(5)는 일반 전달 방정식입니다.

확산은 물질의 질량 이동 . 분자의 질량이 동일하다면(m 0 = const), 기체 온도는 부피가 동일하고(T = const), 속도 분포는 부피(= const)에 걸쳐 균일하며, φ 대신 (5)의 분자를 사용하여 다음을 얻습니다.

또는 . (6)

이것이 Fick의 법칙입니다. D = 확산 계수입니다. [D] \u003d m 2 / s.

열전도율은 에너지 전달입니다. . 전체 가스 부피에 대한 분자의 농도(n \u003d const), 분자의 질량이 동일하다면(m 0 \u003d const), 부피에 대한 속도 분포는 균일합니다( \u003d const), 한 분자의 병진 운동의 평균 운동 에너지, 우리는 푸리에 법칙을 얻습니다.

, 또는 . (7)

- 열전도 계수. [χ] \u003d W / (m K) \u003d kg m / (s 3 K).

점도는 일정한 속도로 움직이는 평행층 사이의 운동량 전달입니다.유 1 그리고유 2. 기체의 전체 부피에 걸쳐 분자의 농도가 n = const이고 분자의 질량은 동일하고(m 0 = const), 부피에 대한 속도 분포는 균일하고( = const) 운동량 층의 순서화된 이동 속도와 관련된 한 분자의 모듈러스 φ = p = m 0 u, 우리가 가진 층의 상호 작용력 운동량:

또는 . ()

이것은 내부 마찰력(점도)의 크기를 결정하는 뉴턴 방정식입니다. 는 방향의 속도 변화율을 나타내는 가로 속도 기울기입니다. 엑스마찰 층의 움직임에 수직입니다. η - 점도의 동적 계수 . [η] = Pa s.

분자력

분자 사이의 상호 작용력 또는 반 데르 발스 힘이라고도 하는 힘은 본질적으로 전기적입니다. 이것은 원자와 분자를 구성하는 하전 입자의 상호 작용에 대한 쿨롱 힘입니다. 그들은 분자 자체의 크기에 비례하는 거리에서 나타나고 거리가 증가함에 따라 매우 빠르게 감소합니다. 동시에 인력(반대 전하의 상호작용)과 반발력(동종 전하의 상호작용)이 동시에 작용합니다. 왜냐하면 실제 입자는 점이 아니므로 이러한 힘의 크기는 서로 다른 방식으로 입자 사이의 거리에 따라 달라집니다.

반 데르 발스 힘에는 세 가지 유형이 있습니다.

ㅏ) 정위 - 극성 분자 사이에서 작용:

,

여기서 р는 입자의 전기 쌍극자 모멘트, r은 입자 사이의 거리, k는 볼츠만 상수, Т는 열역학적 온도입니다.

비) 유도 – 분자의 상호 작용, 분극 설명

이웃 입자의 전기장의 영향으로 발생하는 전하 :

.

여기: р ind = ε 0 αЕ - 획득한 입자의 전기 쌍극자 모멘트; α는 분자의 분극성입니다.

안에) 분산 - 전자가 궤도를 따라 이동하는 과정에서 비대칭 전하 분포가 무작위로 발생하는 분자의 상호 작용을 결정하여 순간 쌍극자를 형성합니다.

.

일반적으로 세 가지 유형의 힘이 모두 동시에 작용할 수 있습니다.

F m \u003d F o + F 및 + F d.

거리에 대한 분자간 상호 작용력의 의존성을 고려합시다. 인력 F pr 은 음수로 간주되고 반발력 F from은 양수로 간주됩니다. 이 힘의 합은 결과를 제공합니다 - Fres = f(r). 분자 사이의 거리 r 0 |F pr | = |F에서 | 그리고 결과적인 힘 F \u003d F pr + F \u003d 0에서. 만약 r< r 0 , то преобладают силы отталкивания. Если r >r 0 이면 인력이 우선합니다. 그러나 r > 10 -9 m 거리에서 반 데르 발스 힘은 빠르게 0이 되는 경향이 있습니다.

분자 상호 작용 시스템은 위치 에너지의 특정 예비가 특징이며, 이는 r에 복잡한 방식으로 의존합니다. E p = f(r):

r → ∞ – E p → 0 ;

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

r \u003d r 0 - E p \u003d E p min, E p< 0;

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

상호작용의 가장 작은 위치 에너지를 분자의 결합 에너지라고 합니다.. 평형 상태에 있는 분자를 분리하기 위해 인력에 대해 수행해야 하는 작업과 동일합니다.

최소 위치 에너지(E p min)와 1자유도당 열 운동의 2배 평균 에너지 값의 비율 물질의 응집 상태에 대한 기준입니다. 만약:

가) E p min<< kT – газ;

b) E p min » kT – 액체;

c) E p min >> kT는 솔리드 바디입니다.

따라서 온도에 따라 모든 물질은 기체, 액체 또는 고체 상태의 응집 상태가 될 수 있습니다.

기체, 액체 및 고체의 구조적 특징

R.N. 그라보프스키. 물리학 코스. 1980, pp. 168-174.

실제 가스

분자 운동 이론의 방정식은 충분히 높은 온도와 낮은 압력에서 실제 기체의 거동을 아주 잘 설명합니다. 그러한 상태이기 때문에 이것은 이해할 수 있습니다. 실제 가스 MKT의 모든 결론을 얻는 기준으로 이상 기체 모델에 가장 가깝습니다. 그러나 압력이 증가하고 온도가 감소함에 따라 분자 사이의 평균 거리가 감소하고 분자 상호 작용의 힘이 증가합니다. 예를 들어, no. 분자의 부피는 가스가 차지하는 부피의 1/10000이며 500atm(500MPa)의 압력에서는 이미 전체 가스 부피의 절반이 됩니다. 이러한 조건에서 MKT의 법칙이 작동을 멈춘다는 것은 분명합니다(예: T = const에서 PV ¹ const).

따라서 작업은 분자의 부피와 상호 작용을 고려한 실제 기체에 대한 이러한 상태 방정식을 얻는 것입니다.

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이 섹션의 문제에서 그들은 주로 기체의 분자가 액체와 고체보다 더 먼 거리에 있고 그들 사이의 인력이 미미하므로 기체가 큰 부피를 차지한다는 아이디어를 강조합니다. (액체와 고체에 관한 유사한 진술은 일반적으로 거짓입니다. 고체의 경우 분자의 순서도 매우 중요합니다.)

이 섹션의 문제를 풀 때 VI 등급에서 형성되는 두 번째 개념은 기체, 액체 및 고체에서 분자의 움직임 특성의 차이입니다.

58(e). 막대기로 감자 총의 마개를 움직여서(그림 14) 공기량의 감소를 관찰합니다. 튜브를 물로 채우고 동일한 실험을 수행하십시오. 물질의 분자 구조에 따른 물과 공기의 압축성의 차이를 설명하십시오.

59. 끓는 물에 의해 생성된 증기가 끓는점의 물보다 부피가 약 1700배 더 많다는 것을 어떻게 설명할 수 있습니까?

대답. 증기 분자는 서로 너무 멀리 떨어져 있어 그들 사이의 인력이 미미하므로 주어진 온도(주어진 분자 속도에서)에서 증기 응축을 일으킬 수 없습니다.

60(e). 미터 유리관에 물의 반을 붓고 그 위에 알코올을 붓고 섞는다. 그 후 액체의 부피는 어떻게 변했습니까? 이유를 설명해라.

대답. 총 부피는 분자의 더 조밀한 패킹의 결과로 감소했습니다.

61. 과학자 브리지먼은 강철 실린더에 기름을 엄청난 힘으로 짜냈습니다. 오일 입자가 실린더의 외벽에 균열이 없었음에도 불구하고 튀어 나온 것을 어떻게 설명합니까?

62. 납과 금 판을 함께 누르면 금에서 납 분자를, 납에서 금 분자를 찾을 수 있습니다. 이유를 설명해라.

문제 61과 62의 풀이. 고체와 액체에서는 밀도가 높지만 분자 사이에 작은 틈이 있습니다. 분자는 주로 진동에 의해 움직입니다. 사진은 빽빽한 버스 안의 사람들이 빡빡함에도 불구하고 이리저리 움직이고, 서로 장소를 바꾸거나, 무작위로 형성된 통로를 통과하는 모습을 연상시킨다.

63(e). 운모 판을 검사하고 더 얇은 잎으로 나눕니다. 큰 조각을 부수고 검사하십시오. 식탁용 소금. 물질의 분자 구조를 기반으로 운모와 염의 다른 방향의 불균등한 특성을 어떻게 설명할 수 있습니까?

64(e). 피치 조각을 끊고 왜 끊김이 항상 매끄러운 표면을 생성하는지 설명하십시오.

대답. Var는 농축된 액체이므로 결정체에서와 같이 분자가 올바르게 교대하는 층을 형성하지 않습니다.

기체, 액체 및 고체의 구조. 솔루션 구조의 특징. "반응장"의 개념
액체의 구조 이론: 기체와 고체의 구조 비교 액체의 구조(구조). 액체의 구조는 현재 물리 화학자들의 면밀한 연구 주제입니다. 이 방향의 연구를 위해 스펙트럼(IR, NMR, 다양한 파장의 빛의 산란), X선 산란, 양자 역학 및 통계 계산 방법 등을 포함한 가장 현대적인 방법이 사용됩니다. 액체 이론은 기체 이론보다 훨씬 덜 발달했습니다. 액체의 특성은 밀접하게 이격된 분자의 기하학과 극성에 의존하기 때문입니다. 또한 액체의 특정 구조가 부족하여 설명을 공식화하기가 어렵습니다. 대부분의 교과서에서 액체가 많이 주어집니다. 적은 공간가스 및 결정질 고체보다. 고체, 액체 및 기체의 세 가지 집합체 상태 각각의 특징은 무엇입니까? (테이블)
1) 솔리드: 몸이 볼륨과 모양을 유지합니다.
2) 액체는 부피를 유지하지만 쉽게 모양이 변합니다.
3) 기체는 모양도 부피도 없다.

동일한 물질의 이러한 상태는 분자의 종류(동일함)가 아니라 분자의 위치와 이동 방식이 다릅니다.
1) 기체에서 분자 사이의 거리는 매우 멀다. 더 많은 크기분자 자체
2) 액체의 분자는 장거리로 발산하지 않으며 정상적인 조건에서 액체는 부피를 유지합니다.
3) 고체의 입자들은 일정한 순서로 배열되어 있다. 각 입자는 시계의 진자처럼 수정 격자의 특정 지점을 중심으로 이동합니다. 즉, 진동합니다.
온도가 떨어지면 액체가 응고되고 끓는점 이상으로 올라가면 기체 상태가 됩니다. 이 사실만으로도 액체가 기체와 고체 사이의 중간 위치를 차지한다는 사실을 알 수 있습니다. 그러나 액체는 이러한 각 상태와 유사합니다.
기체와 액체의 경계가 완전히 사라지는 온도가 있습니다. 이것이 소위 임계점입니다. 각 가스에 대해 온도가 알려져 있으며 그 이상에서는 어떤 압력에서도 액체가 될 수 없습니다. 이 임계 온도에서 액체와 포화 증기 사이의 경계(메니스커스)가 사라집니다. 임계 온도("절대 끓는점")의 존재는 1860년 DIMendeleev에 의해 확립되었습니다. 액체와 기체를 결합하는 두 번째 속성은 등방성입니다. 즉, 언뜻보기에는 액체가 결정보다 기체에 더 가깝다고 가정할 수 있습니다. 기체와 마찬가지로 액체는 등방성입니다. 그들의 속성은 모든 방향에서 동일합니다. 반대로 결정은 이방성입니다. 굴절률, 압축률, 강도 및 결정의 다른 많은 특성은 방향에 따라 다릅니다. 고체 결정질 물질은 원소가 반복되는 규칙적인 구조를 가지고 있어 X선 회절로 연구할 수 있습니다(X선 회절 분석법은 1912년부터 사용되었습니다).

액체와 기체의 공통점은?
A) 등방성. 기체의 성질과 같은 액체의 성질은 모든 방향에서 동일하다. 등방성인 결정과 달리 등방성입니다.
나) 액체는 기체와 같이 일정한 모양이 없고 용기의 형태를 띤다(낮은 점도와 높은 유동성).
분자와 액체 및 기체는 서로 충돌하면서 상당히 자유로운 움직임을 만듭니다. 이전에는 액체가 차지하는 부피 내에서 반지름의 합을 초과하는 모든 거리가 동일할 가능성이 있다고 가정했습니다. 분자의 질서정연한 배열을 향한 경향은 부정되었다. 따라서 어느 정도 액체와 기체는 결정체에 반대됩니다.
연구가 진행됨에 따라, 더사실은 액체와 고체의 구조 사이에 유사점이 있음을 나타냅니다. 예를 들어, 특히 융점 근처의 열용량 및 압축률 계수 값은 실제로 서로 일치하지만 액체와 기체에 대한 이러한 값은 크게 다릅니다.
이미 이 예에서 응고 온도에 가까운 온도에서 액체의 열 운동 그림은 기체가 아니라 고체의 열 운동과 유사하다는 결론을 내릴 수 있습니다. 이와 함께 기체 상태와 액체 상태의 물질 사이에 상당한 차이가 있음을 알 수 있습니다. 기체에서 분자는 완전히 무작위적인 방식으로 공간에 분포됩니다. 후자는 구조 없는 교육의 한 예로 간주됩니다. 액체는 여전히 특정 구조를 가지고 있습니다. 이것은 적어도 하나의 명확한 최대값을 나타내는 X선 회절에 의해 실험적으로 확인됩니다. 액체의 구조는 분자가 공간에 분포되어 있는 방식입니다. 표는 기체 상태와 액체 상태의 유사점과 차이점을 보여줍니다.
기체상 액체상
1. 분자 l 사이의 거리는 일반적으로 (저압의 경우) 분자 r의 반경보다 훨씬 큽니다. l  r ; 실질적으로 기체가 차지하는 전체 부피 V는 자유 부피입니다. 반대로 액상에서는 내가 2. 3/2kT와 같은 입자의 평균 운동 에너지는 분자간 상호 작용의 위치 에너지 U보다 큽니다. 분자 상호 작용의 위치 에너지는 평균보다 큽니다. 운동의 운동 에너지: U3/2 kT
3. 입자는 병진 운동 중에 충돌하며 충돌 주파수 계수는 입자의 질량, 크기 및 온도에 따라 달라집니다.각 입자는 주변 분자에 의해 생성된 케이지에서 진동합니다. 진동 진폭 a는 자유 체적, a (Vf/L)1/3에 따라 달라집니다.
4. 입자의 확산은 병진 운동의 결과로 발생합니다. 확산 계수 D  0.1 - 1 cm2 / s (p  105 Pa) 가스 압력에 따라 다릅니다.
(D  p-1) 활성화 에너지 ED로 한 세포에서 다른 세포로 입자가 점프한 결과 확산이 발생합니다.
D  비점성 액체의 e-ED/RT
D  0.3 - 3 cm2/일.
5. 입자는 자유롭게 회전합니다. 회전 주파수 r은 입자의 관성 모멘트와 온도, 회전 주파수 r T1/2 Er/RT에 의해서만 결정됩니다.
그러나 액체 상태는 많은 중요한 지표(준결정성)에서 고체 상태에 가깝습니다. 실험적 사실의 축적은 액체와 결정이 공통점이 많다는 것을 나타냅니다. 개별 액체에 대한 물리적 및 화학적 연구에 따르면 거의 모든 액체가 일부 결정 구조 요소를 가지고 있음을 보여줍니다.
첫째, 액체의 분자간 거리는 고체의 분자간 거리에 가깝습니다. 이것은 후자가 녹는 동안 물질의 부피가 미미하게 변한다는 사실에 의해 입증됩니다(보통 10% 이하 증가). 둘째, 액체와 고체의 분자간 상호작용 에너지는 미미하게 다릅니다. 이것은 융해열이 증발열보다 훨씬 작기 때문입니다. 예를 들어, 물의 경우 Hpl= 6kJ/mol, Hsp= 45kJ/mol입니다. 벤젠의 경우 Hpl = 11kJ/mol, Htest = 48kJ/mol입니다.
셋째, 용융 중 물질의 열용량은 거의 변하지 않습니다. 이 두 상태 모두에 가깝습니다. 따라서 액체에서 입자의 운동 특성은 고체에서의 운동 특성에 가깝습니다. 넷째, 액체는 고체와 마찬가지로 파손 없이 큰 인장력을 견딜 수 있습니다.
액체와 고체의 차이점은 유동성에 있습니다. 고체는 모양을 유지하고 액체는 작은 노력의 영향으로도 쉽게 변화합니다. 이러한 특성은 강한 분자간 상호작용, 분자 배열의 단거리 질서, 상대적으로 빠르게 위치를 바꾸는 분자의 능력과 같은 액체 구조의 특징에서 비롯됩니다. 액체가 어는점에서 끓는점까지 가열되면 성질이 부드럽게 변하고 가열하면 기체와의 유사성이 점차 증가합니다.
우리 각자는 그가 액체로 간주하는 많은 물질을 쉽게 기억할 수 있습니다. 그러나 액체는 어떤 면에서는 고체와 비슷하고 다른 면에서는 기체와 유사한 물리적 특성을 가지고 있기 때문에 이 물질 상태에 대한 정확한 정의를 내리는 것은 그리 쉽지 않습니다. 액체와 고체의 유사성은 유리질 재료에서 가장 두드러집니다. 온도가 증가함에 따라 고체에서 액체로의 전이는 점진적으로 발생하며 뚜렷한 융점이 아니라 단순히 부드럽고 부드러워 지므로 어떤 온도 범위에서 고체라고 불러야하는지, 어느 온도 범위에 있어야하는지 나타내는 것은 불가능합니다. 액체라고 합니다. 액체 상태의 유리질 물질의 점도는 고체 상태보다 낮다고만 말할 수 있습니다. 따라서 고체 유리는 종종 과냉각 액체라고 합니다. 분명히 가장 특성 속성고체와 구별되는 액체는 점도가 낮습니다. 높은 유동성. 그녀 덕분에 그들은 부어지는 그릇의 모양을 취합니다. 분자 수준에서 높은 유동성은 유체 입자의 상대적으로 큰 자유도를 의미합니다. 여기서 액체는 기체와 유사하지만 액체의 분자간 상호 작용의 힘은 더 크지만 분자는 더 가깝고 움직임이 제한적입니다.
말한 내용은 장거리 및 단거리 주문이라는 아이디어의 관점에서 다른 방식으로 접근할 수 있습니다. 결정질 고체에는 장거리 질서가 존재하며, 그 원자는 엄격하게 정렬되어 단위 셀의 반복 반복에 의해 얻을 수 있는 3차원 구조를 형성합니다. 액체와 유리에는 장거리 주문이 없습니다. 그러나 이것이 그들이 전혀 주문되지 않았다는 것을 의미하지는 않습니다. 모든 원자에 대한 가장 가까운 이웃의 수는 거의 동일하지만 선택된 위치에서 멀어질수록 원자의 배열은 점점 더 혼란스러워집니다. 따라서 질서는 작은 거리에서만 존재하므로 이름이 단거리 질서입니다. 액체의 구조에 대한 적절한 수학적 설명은 통계 물리학의 도움이 있어야만 가능합니다. 예를 들어, 액체가 동일한 구형 분자로 구성되어 있는 경우, 그 구조는 방사 분포 함수 g(r)로 설명할 수 있습니다. 이 함수는 기준점으로 선택된 주어진 것에서 거리 r에 있는 분자를 찾을 확률을 제공합니다. . 실험적으로 이 함수는 엑스선이나 중성자의 회절을 연구하여 찾을 수 있으며, 고속 컴퓨터의 출현과 함께 다음 방법으로 계산하기 시작했습니다. 컴퓨터 시뮬레이션, 분자 사이에 작용하는 힘의 특성에 대한 사용 가능한 데이터 또는 이러한 힘에 대한 가정과 뉴턴 역학의 법칙을 기반으로 합니다. 이론적 및 실험적으로 얻은 방사형 분포 함수를 비교하면 분자간 힘의 특성에 대한 가정의 정확성을 확인할 수 있습니다.
분자가 길쭉한 모양을 갖는 유기 물질에서 하나 또는 다른 온도 범위에서 장거리 배향 질서를 갖는 액상 영역이 때때로 발견되며, 이는 장축의 평행 정렬 경향으로 나타납니다. 분자. 이 경우 배위 순서는 분자 중심의 배위 순서를 동반할 수 있습니다. 이러한 유형의 액체상은 일반적으로 액정이라고 합니다. 액정 상태는 결정질과 액체의 중간입니다. 액정은 유동성과 이방성(광학, 전기, 자기)을 모두 가지고 있습니다. 때때로 이 상태는 장거리 질서가 없기 때문에 중간형(중간기)이라고 합니다. 존재의 상한선은 깨달음의 온도(등방성 액체)이다. Thermotropic(mesogenic) FA는 특정 온도 이상에서 존재합니다. 전형적인 것은 시아노비페닐이다. 이액 - 예를 들어 비누, 폴리펩타이드, 지질, DNA의 수용액이 용해될 때. 액정에 대한 연구(중간상 - 두 단계로 용융 - 탁한 용융, 투명, 결정상에서 광학적 특성이 이방성인 중간 형태를 통해 액체로의 전이)는 기술의 목적(액정 표시)에 중요합니다.
기체의 분자는 무작위로(무작위로) 움직입니다. 기체에서 원자나 분자 사이의 거리는 평균적으로 분자 자체의 크기보다 몇 배 더 큽니다. 기체의 분자는 수백 m/s의 빠른 속도로 움직입니다. 충돌하면 완벽하게 탄성이 있는 공처럼 서로 튕겨져 속도의 크기와 방향이 바뀝니다. 분자 사이의 거리가 멀면 인력이 작아서 기체 분자를 서로 옆에 둘 수 없습니다. 따라서 기체는 무한정 팽창할 수 있습니다. 가스는 쉽게 압축되고 분자 사이의 평균 거리는 줄어들지만 여전히 크기는 큽니다. 기체는 모양이나 부피를 유지하지 않으며 부피와 모양은 채우는 용기의 부피와 모양과 일치합니다. 용기 벽에 대한 분자의 수많은 충격은 가스 압력을 생성합니다.
고체의 원자와 분자는 특정 평형 위치 주변에서 진동합니다. 따라서 고체는 부피와 모양을 모두 유지합니다. 고체의 원자 또는 이온의 평형 위치 중심을 정신적으로 연결하면 결정 격자가 생깁니다.
액체의 분자는 서로 거의 가깝게 위치합니다. 따라서 액체는 압축성이 매우 낮고 부피를 유지합니다. 액체 분자는 평형 위치 주변에서 진동합니다. 때때로 분자는 외부 힘의 작용 방향으로 한 정착 상태에서 다른 상태로 전환됩니다. 분자의 침전된 상태의 시간은 작고 온도가 증가함에 따라 감소하며 분자가 새로운 침전된 상태로 전이하는 시간은 훨씬 더 짧습니다. 따라서 액체는 유체이며 모양을 유지하지 않고 부어지는 용기의 모양을 취합니다.

액체의 운동 이론 Ya. I. Frenkel이 개발한 액체의 운동 이론은 액체를 다음과 같이 간주합니다. 다이나믹 시스템 부분적으로 결정질 상태와 유사한 입자. 융점에 가까운 온도에서 액체의 열 운동은 주로 특정 평균 평형 위치 주변에서 입자의 조화 진동으로 감소합니다. 결정 상태와 달리 액체에서 분자의 이러한 평형 위치는 각 분자에 대해 일시적입니다. 일정 시간 t 동안 한 평형 위치 주위를 진동한 후, 분자는 이웃에 위치한 새로운 위치로 점프합니다. 이러한 점프는 에너지 U의 소비와 함께 발생하므로 "안정된 수명" 시간 t는 다음과 같이 온도에 따라 달라집니다. t = t0 eU/RT, 여기서 t0은 평형 위치 주변에서 한 번의 진동 주기입니다. 실온의 물 t » 10-10s, t0 = 1.4 x 10-12s, 즉 약 100번의 진동을 만든 한 분자가 새로운 위치로 이동하여 계속 진동합니다. X선 및 중성자 산란 데이터에서 입자 분포 밀도 함수 를 중심으로 선택된 한 입자로부터의 거리 r의 함수로 계산할 수 있습니다. 결정질 고체에서 장거리 질서가 존재하는 경우, 함수 (r)은 다수의 뚜렷한 최대값과 최소값을 갖습니다. 입자의 이동성이 높기 때문에 액체에서는 단거리 질서만 보존됩니다. 이것은 액체의 X선 패턴에서 명확하게 따릅니다. 액체에 대한 함수 (r)는 첫 번째 최대값이 명확하고 두 번째는 확산된 다음 (r) = const입니다. 운동 이론은 용융을 다음과 같이 설명합니다. 고체의 결정 격자에는 항상 결정 주위를 천천히 돌아다니는 적은 수의 공석(구멍)이 있습니다. 온도가 용융 온도에 가까울수록 "구멍"의 농도가 높아지고 샘플을 통해 더 빨리 이동합니다. 융점에서 "구멍"의 형성은 눈사태와 같은 협력 특성을 획득하고 입자 시스템은 동적이 되고 장거리 질서는 사라지고 유동성이 나타납니다. 용융에서 결정적인 역할은 시스템을 유체로 만드는 액체의 자유 부피의 형성에 의해 수행됩니다. 액체와 고체 결정체 사이의 가장 중요한 차이점은 액체에 자유 부피가 있다는 것입니다. 그 중 상당 부분은 변동("구멍")의 형태를 가지며, 액체를 통한 방황으로 인해 그러한 현상이 나타납니다. 유동성으로 특징적인 품질. 이러한 "구멍"의 수, 부피 및 이동성은 온도에 따라 다릅니다. 저온에서 액체는 결정체로 바뀌지 않은 경우 "구멍"의 부피와 이동도 감소로 인해 유동성이 매우 낮은 무정형 고체가 됩니다. 와 함께 운동 이론최근 수십 년 동안 액체의 통계 이론이 성공적으로 개발되었습니다.

얼음과 물의 구조. 정상적인 조건에서 가장 중요하고 일반적인 액체는 물입니다. 이것은 지구상에서 가장 흔한 분자입니다! 우수한 용제입니다. 예를 들어, 모든 생물학적 유체에는 물이 포함되어 있습니다. 물은 많은 무기물(염, 산, 염기)과 유기물(알코올, 설탕, 카르복실산, 아민). 이 액체의 구조는 무엇입니까? 우리는 다시 첫 번째 강의에서 고려했던 문제, 즉 수소 결합과 같은 특정한 분자간 상호 작용으로 돌아가야 합니다. 액체 및 결정질 형태의 물은 정확히 많은 수소 결합이 존재하기 때문에 비정상적인 특성을 나타냅니다. 높은 끓는점, 높은 융점 및 높은 기화 엔탈피와 같은 변칙적 특성은 무엇입니까? 먼저 그래프를 보고 그 다음 표를 보고 두 물 분자 사이의 수소 결합 다이어그램을 살펴보겠습니다. 사실, 각 물 분자는 주위에 4개의 다른 물 분자를 조정합니다. 2개는 산소로 인해 2개의 고독한 전자 쌍을 2개의 양성자화된 수소로 제공하고 다른 2개는 다른 물 분자의 산소와 배위하는 양성자화된 수소로 인한 것입니다. 이전 강의에서 기간에 따른 VI족 수소화물의 녹는점, 끓는점, 기화 엔탈피 그래프가 있는 슬라이드를 보여 드렸습니다. 이러한 의존성은 수소화산소에 대한 명백한 변칙성을 가지고 있습니다. 물에 대한 이러한 모든 매개변수는 황, 셀레늄 및 텔루르의 다음 수소화물에 대한 거의 선형 의존성에서 예측된 것보다 눈에 띄게 높습니다. 우리는 이것을 양성자화된 수소와 전자 밀도 수용체인 산소 사이에 수소 결합의 존재로 설명했습니다. 수소 결합은 진동 적외선 분광법을 사용하여 가장 성공적으로 연구되었습니다. 자유 OH 그룹은 OH 결합이 교대로 길어지고 짧아지도록 하는 특성 진동 에너지를 가지고 있어 분자의 적외선 흡수 스펙트럼에서 특성 밴드를 제공합니다. 그러나 OH 그룹이 수소 결합에 참여하면 수소 원자는 양쪽의 원자에 의해 결합되므로 진동이 "감쇠"되고 주파수가 감소합니다. 다음 표는 수소 결합의 강도와 "농도"가 증가하면 흡수 주파수가 감소한다는 것을 보여줍니다. 그림에서 곡선 1은 얼음에 있는 O-H 그룹의 적외선 흡수 스펙트럼의 최대값에 해당합니다(모든 H-결합이 연결된 곳). 곡선 2는 그룹의 적외선 흡수 스펙트럼의 최대값에 해당합니다. O-N 개인 CCl4에 용해된 H2O 분자(H-결합이 없는 경우 - CCl4의 H2O 용액이 너무 묽음); 곡선 3은 액체 물의 흡수 스펙트럼에 해당합니다. 액체 물에 두 가지가 있다면 등급 O-N그룹 - 수소 결합을 형성하고 형성하지 않음 - 및 일부 O-N 그룹물에서 그들은 얼음(H-결합을 형성하는 곳)에서와 같은 방식으로(동일한 주파수로) 진동할 것이고, 다른 것들은 - CCl4 환경(H-결합을 형성하지 않는 곳)에서와 같이. 그러면 물의 스펙트럼은 2에 해당하는 2개의 최대값을 가질 것입니다. OH 상태그룹, 그들의 두 가지 특징적인 진동 주파수: 그룹이 진동하는 주파수, 이것으로 빛을 흡수합니다. 그러나 "최대 2개" 그림은 관찰되지 않습니다! 대신 곡선 3에서 곡선 1의 최대값에서 곡선 2의 최대값까지 확장되는 매우 흐린 최대값을 볼 수 있습니다. 이는 액체 물의 모든 OH 그룹이 수소 결합을 만들지만 이러한 결합은 모두 다른 에너지를 갖는다는 것을 의미합니다. "느슨한"(다른 에너지를 가짐), 그리고 다른 방식으로. 이것은 물의 수소 결합 중 일부는 끊어지고 일부는 유지되는 그림이 엄밀히 말하면 올바르지 않다는 것을 보여줍니다. 그러나 물의 열역학적 특성을 설명하는 데는 너무 간단하고 편리하여 널리 사용되며 이에 대해서도 언급하겠습니다. 그러나 완전히 정확하지는 않다는 점을 명심하십시오.
따라서 IR 분광법은 수소 결합을 연구하는 강력한 방법이며 이와 관련된 액체 및 고체 구조에 대한 많은 데이터가 이 스펙트럼 방법을 사용하여 얻어졌습니다. 그 결과, 액체 물의 경우 얼음과 같은 모델(O.Ya. Samoilov의 모델)이 가장 일반적으로 인식되는 모델 중 하나입니다. 이 모델에 따르면 액체 물열 운동에 의해 교란됨(열 운동의 증거 및 결과 - 브라운 운동, 1827년 영국 식물학자 로버트 브라운이 현미경으로 꽃가루에 대해 처음 관찰한 얼음과 같은 사면체 프레임 수소 결합) 주위에 4개의 물 분자가 있는 경우) 이 프레임의 공극은 부분적으로 물 분자로 채워져 있으며 공극과 얼음과 같은 카라카의 마디에 있는 물 분자는 에너지적으로 불평등합니다.

물과 달리, 결정 격자의 노드에 있는 얼음 결정에는 동일한 에너지의 물 분자가 있으며 그들은 오직 수행할 수 있습니다. 진동 운동. 그러한 결정에는 단거리 질서와 장거리 질서가 모두 존재합니다. 액체 물(극성 액체의 경우)에서는 결정 구조의 일부 요소가 보존되지만(게다가 기체 상태에서도 액체 분자는 작은 불안정한 클러스터로 정렬됨) 장거리 질서는 없습니다. 따라서, 액체의 구조는 단거리 질서가 존재하는 기체의 구조와 다르지만, 장거리 질서가 없는 결정의 구조와 다르다. 이것에 대한 가장 확실한 증거는 X선 산란에 대한 연구입니다. 액체 물에서 각 분자의 세 이웃은 한 층에 위치하고 이웃 층의 네 ​​번째 분자(0.276nm)보다 더 먼 거리(0.294nm)에 있습니다. 얼음과 같은 골격의 구성에 있는 각 물 분자는 하나의 거울 대칭(강함) 결합과 3개의 중심 대칭(덜 강함) 결합을 형성합니다. 첫 번째는 주어진 층의 물 분자와 이웃 층 사이의 결합에 관한 것이고, 나머지는 한 층의 물 분자 사이의 결합에 관한 것입니다. 따라서 모든 채권의 4분의 1은 거울 대칭이고 4분의 3은 중심 대칭입니다. 물 분자의 사면체 환경의 개념은 그 구조가 매우 개방적이며 그 안에 공극이 있으며 그 크기는 물 분자의 크기와 같거나 더 크다는 결론으로 ​​이어졌습니다.

액체 물 구조의 요소. a - 기본 물 사면체 (밝은 원 - 산소 원자, 검은 반쪽 - 수소 결합에서 양성자의 가능한 위치); b - 정사면체의 거울 대칭 배열; c - 중앙 대칭 배열; d - 일반 얼음 구조의 산소 중심 위치. 물은 공간 네트워크를 형성하는 수소 결합으로 인한 분자간 상호 작용의 상당한 힘이 특징입니다. 이전 강의에서 말했듯이 수소 결합은 전기 음성 원소에 연결된 수소 원자가 다른 분자의 전기 음성 원자와 추가 결합을 형성하는 능력 때문입니다. 수소 결합은 상대적으로 강하고 몰당 수 20-30 킬로줄에 달합니다. 강도면에서 반 데르 발스 에너지와 일반적으로 이온 결합 에너지 사이의 중간 위치를 차지합니다. 물 분자의 에너지 화학 결합 H-O는 456kJ/mol이고 H…O의 수소 결합 에너지는 21kJ/mol입니다.

수소화합물
분자량 온도,  С
얼어붙은 끓는점
H2T 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
H2O 18 0! +100!

얼음 구조. 일반 얼음. 점선 - H-본드. H2O 분자로 둘러싸인 작은 공동은 얼음의 투각 구조에서 볼 수 있습니다.
따라서 얼음의 구조는 수소 결합에 의해서만 서로 연결된 물 분자의 투각 구조입니다. 얼음 구조에서 물 분자의 위치는 구조에서 넓은 채널의 존재를 결정합니다. 얼음이 녹는 동안 물 분자는 이러한 채널로 "떨어져" 얼음의 밀도에 비해 물의 밀도가 증가하는 것을 설명합니다. 얼음 결정은 정육각형 판, 표 모양의 분리 및 복잡한 모양의 상호 성장 형태로 발생합니다. 구조 일반 얼음 H-결합에 의해 결정됨: 이러한 결합의 기하학적 구조에는 좋지만(O-H는 O를 직접 봅니다), H2O 분자의 긴밀한 반 데르 발스 접촉에는 그리 좋지 않습니다. 따라서 얼음의 구조는 개방된 형태이며, 그 안에 H2O 분자가 미세한(H2O 분자 크기보다 작은) 구멍을 둘러싸고 있습니다. 얼음의 투각 구조는 잘 알려진 두 가지 효과로 이어집니다. (1) 얼음은 물보다 밀도가 낮고 물에 떠 있습니다. (2) 강한 압력 하에서 - 예를 들어 스케이트 날이 얼음을 녹입니다. 얼음에 존재하는 대부분의 수소 결합은 액체 상태의 물에 보존되어 있습니다. 이것은 끓는 물의 열(0°C에서 600cal/g)에 비해 녹는 얼음의 열(80cal/g)이 작기 때문입니다. 80/(600+80) = 80/(600+80) = 12%의 쇄빙에 존재하는 H-결합이 액체 상태의 물에 있다고 말할 수 있습니다. 그러나 이 그림(물의 수소 결합 중 일부는 끊어지고 일부는 보존됨)은 완전히 정확하지 않습니다. 오히려 물의 모든 수소 결합이 느슨해집니다. 이것은 다음 실험 데이터에 의해 잘 설명됩니다.

솔루션의 구조. 에서 구체적인 예물의 경우 다른 액체로 넘어가 보겠습니다. 다른 액체는 분자의 크기와 분자간 상호 작용의 특성이 서로 다릅니다. 따라서 각 특정 액체에는 단거리 질서가 특징이며 액체가 얼고 고체로 변할 때 얻은 구조와 어느 정도 유사한 특정 유사 결정 구조가 있습니다. 다른 물질을 녹일 때, 즉. 용액이 형성되면 분자간 상호작용의 성질이 변하고 순수한 용매에서와 다른 입자 배열로 새로운 구조가 나타납니다. 이 구조는 솔루션의 구성에 따라 달라지며 각 특정 솔루션에 따라 다릅니다. 액체 용액의 형성은 일반적으로 용매화 과정을 동반합니다. 분자간 힘의 작용으로 인해 용질 분자 주위에 용매 분자가 정렬됩니다. 근거리 용매화와 원거리 용매화를 구별합니다. 용질의 분자(입자) 주위에 1차 및 2차 용매화물 껍질이 형성됩니다. 1차 용매화 껍질에서 용매 분자는 매우 근접하여 용질 분자와 함께 움직입니다. 1차 용매화 껍질에 있는 용매 분자의 수를 용매화 배위수라고 하며, 이는 용매의 성질과 용질의 성질에 따라 다릅니다. 2차 용매화 쉘의 조성은 훨씬 더 먼 거리에 위치하고 1차 용매화 쉘과의 상호작용으로 인해 용액에서 발생하는 과정에 영향을 미치는 용매 분자를 포함합니다.
용매화물의 안정성을 고려할 때 동역학적 안정성과 열역학적 안정성을 구분합니다.
수용액에서 동역학적 수화(O.Ya. Samoilov)의 정량적 특성은 i /  및 Ei = Ei-E 값입니다. 여기서 i 및 은 평형에서 물 분자의 평균 체류 시간입니다 i 번째 이온과 가까운 위치 깨끗한 물, Ei 및 E는 교환 활성화 에너지 및 물에서 자체 확산 과정의 활성화 에너지입니다. 이러한 양은 대략적인 관계로 서로 관련되어 있습니다.
i/  exp(Ei/RT)
EI  0, i/  1 (이온에 가장 가까운 물 분자의 교환은 순수한 물의 분자 사이의 교환보다 덜 빈번하게(느림) 발생함) - 양의 수화
EI  0, i/  1(이온에 가장 가까운 물 분자의 교환이 순수한 물의 분자 사이의 교환보다 더 자주(빠르게) 발생) - 음의 수화

따라서 리튬 이온의 경우 EI = 1.7 kJ/mol, 세슘 이온의 경우 Ei = - 1.4 kJ/mol, 즉 작은 "단단한" 리튬 이온은 동일한 전하를 가진 크고 "확산되는" 세슘 이온보다 물 분자를 더 강하게 유지합니다. 형성된 용매화물의 열역학적 안정성은 용매화 동안 깁스 에너지의 변화에 ​​의해 결정됩니다(solvG) = (solvH) - T(solvS). 이 값이 음수일수록 용매화물이 더 안정적입니다. 기본적으로 정해져있다. 음수 값용매화 엔탈피.
솔루션의 개념과 솔루션의 이론. 두 가지 이상의 물질이 접촉하면 한 유형의 입자 사이의 결합이 파괴되고 다른 유형의 결합이 형성되고 확산으로 인해 부피 전체에 물질이 분포되기 때문에 진정한 솔루션이 자발적으로 얻어집니다. 특성에 따라 용액은 이상과 실제, 전해질 및 비전해질 용액, 희석 및 농축, 불포화, 포화 및 과포화로 나뉩니다. 래스터의 속성은 MMW의 특성과 크기에 따라 다릅니다. 이러한 상호작용은 물리적 성질(반 데르 발스 힘)과 복잡한 물리화학적 성질(수소 결합, 이온-분자 결합, 전하 전달 착물 등)일 수 있습니다. 용액 형성 과정은 상호 작용하는 입자 사이의 인력과 척력이 동시에 나타나는 것이 특징입니다. 반발력이 없으면 입자가 합쳐지고(함께 달라붙어) 액체가 무한정 압축될 수 있으며 인력이 없으면 액체나 고체를 얻는 것이 불가능합니다. 이전 강의에서 우리는 솔루션의 물리 및 화학 이론에 대해 살펴보았습니다.
그러나 통일된 해법론을 만드는 데는 상당한 어려움이 있어 현재 가장 많이 연구되고 있지만 아직 만들어지지 않았다. 현대적인 방법 양자 역학, 통계적 열역학 및 물리학, 결정 화학, X선 회절 분석, 광학 방법, NMR 방법. 반응장. 분자간 상호작용의 힘에 대한 고찰을 계속하면서, 특히 응축 물질과 실제 기체의 구조와 구조를 이해하는 데 중요한 "반응장"의 개념을 고려할 것입니다. 액체 상태, 따라서 모든 물리 화학액체 솔루션.
반응성 장은 극성 분자와 비극성 분자의 혼합물에서 발생합니다(예: 탄화수소와 나프텐산의 혼합물). 극성 분자는 비극성 분자에 대한 특정 대칭(필드 대칭은 빈 분자 궤도의 대칭에 의해 결정됨) 및 강도 H의 필드에 의해 작용합니다. 후자는 전하 분리로 인해 분극되어 쌍극자의 출현(유도)을 초래합니다. 유도된 쌍극자가 있는 분자는 차례로 극성 분자에 작용하여 전자기장을 변경합니다. 반응성(반응) 장을 여기시킵니다. 반응성 장의 출현은 입자의 상호 작용 에너지의 증가로 이어지며, 이는 극성 분자와 비극성 분자의 혼합물에서 극성 분자에 대한 강한 용매화 껍질의 생성으로 표현됩니다.
반응장 에너지는 다음 공식에 따라 계산됩니다. 여기서:
기호 "-" - 분자의 인력을 결정합니다.
S - 정전기 투자율
 무제한 분자의 전자 및 원자 분극성으로 인한 유전율
NA - 아보가드로 수
VM은 등방성 액체에서 극성 물질 1몰이 차지하는 부피 v = 쌍극자 모멘트
ER은 용액에 있는 극성 물질 1몰의 에너지입니다.
"반응장"의 개념을 통해 순수한 액체와 용액의 구조를 더 잘 이해할 수 있습니다. 반응장 연구에 대한 양자 화학적 접근은 M.V.의 연구에서 개발되었습니다. L. Ya. Karpova 따라서 액체 상태의 문제는 젊은 연구원을 기다리고 있습니다. 당신과 당신의 손에 있는 카드.

기체, 액체 및 고체의 구조.

분자 운동 이론의 기본 조항:

모든 물질은 분자로 구성되어 있고 분자는 원자로 구성되어 있습니다.

원자와 분자는 끊임없이 움직이고,

분자 사이에는 인력과 반발력이 있습니다.

에 가스분자는 무작위로 움직이고 분자 사이의 거리는 멀고 분자력은 작으며 가스는 제공된 전체 부피를 차지합니다.

에 액체분자는 작은 거리에서만 정렬되고 먼 거리에서는 배열의 순서(대칭)가 위반됩니다("단거리 순서"). 분자 인력은 분자를 서로 가깝게 유지합니다. 분자의 움직임은 안정적인 위치에서 다른 위치로 "점프"하는 것입니다(보통 한 층 내에서. 이 움직임은 액체의 유동성을 설명합니다. 액체에는 모양이 없지만 부피가 있습니다.

고체 - 모양을 유지하는 물질은 결정질과 비결정질로 나뉩니다. 결정질 고체몸체에는 이온, 분자 또는 원자가 있을 수 있는 노드에 결정 격자가 있습니다. 그들은 안정적인 평형 위치에 대해 진동합니다. 결정 격자는 볼륨 전체에 걸쳐 규칙적인 구조를 가지고 있습니다.

비정질체모양을 유지하지만 결정 격자가 없어 결과적으로 뚜렷한 융점이 없습니다. 그것들은 액체처럼 분자 배열의 "가까운" 차수를 갖기 때문에 동결 액체라고 합니다.

분자의 상호 작용력

물질의 모든 분자는 인력과 반발력에 의해 서로 상호 작용합니다. 분자 상호 작용의 증거 : 습윤 현상, 압축 및 신축에 대한 저항, 고체 및 기체의 낮은 압축성 등. 분자 상호 작용의 이유는 물질의 하전 입자의 전자기 상호 작용입니다. 그것을 설명하는 방법? 원자는 양전하를 띤 핵과 음전하를 띤 전자 껍질로 구성됩니다. 핵의 전하는 모든 전자의 총 전하와 같으므로 전체적으로 원자는 전기적으로 중성입니다. 하나 이상의 원자로 구성된 분자도 전기적으로 중성입니다. 두 개의 움직이지 않는 분자의 예를 사용하여 분자 간의 상호 작용을 고려하십시오. 중력과 전자기력은 자연에서 물체 사이에 존재할 수 있습니다. 분자의 질량은 극히 작기 때문에 분자 사이의 중력 상호작용의 무시할 수 있는 힘은 무시할 수 있습니다. 매우 먼 거리에서는 분자 사이에도 전자기 상호 작용이 없습니다. 그러나 분자 사이의 거리가 감소함에 따라 분자는 서로 방향을 잡기 시작하여 서로 마주하는 면이 서로 다른 부호의 전하를 갖게 되고(일반적으로 분자는 중성을 유지함) 분자 사이에 인력이 발생합니다. 분자 사이의 거리가 훨씬 더 줄어들면 분자 원자의 음으로 하전 된 전자 껍질의 상호 작용 결과로 반발력이 발생합니다. 결과적으로 분자는 인력과 반발력의 합에 영향을 받습니다. 먼 거리에서는 인력이 우세하고(2-3 분자 직경의 거리에서 인력은 최대임), 짧은 거리에서는 반발력이 우세합니다. 끌어당기는 힘이 반발력과 같아지는 분자 사이의 거리가 있습니다. 이 분자의 위치를 ​​안정 평형 위치라고 합니다. 서로 멀리 떨어져 있고 전자기력으로 연결된 분자에는 위치 에너지가 있습니다. 안정된 평형 위치에서 분자의 위치 에너지는 최소입니다. 물질에서 각 분자는 많은 이웃 분자와 동시에 상호 작용하며 이는 분자의 최소 위치 에너지 값에도 영향을 미칩니다. 또한 물질의 모든 분자는 연속 운동, 즉 운동 에너지를 갖는다. 따라서 물질의 구조와 그 특성(고체, 액체 및 기체)은 분자 상호 작용의 최소 위치 에너지와 분자의 열 운동 운동 에너지 사이의 비율에 의해 결정됩니다.

고체, 액체, 기체의 구조와 성질

물체의 구조는 물체 입자의 상호 작용과 열 운동의 특성으로 설명됩니다.

단단한

고체는 일정한 모양과 부피를 가지며 실질적으로 비압축성입니다. 분자 상호 작용의 최소 위치 에너지는 분자의 운동 에너지보다 큽니다. 입자의 강한 상호 작용. 고체에서 분자의 열 운동은 안정된 평형 위치 주변의 입자(원자, 분자)의 진동으로만 표현됩니다.

큰 인력으로 인해 분자는 실질적으로 물질에서 위치를 변경할 수 없으며 이는 고체의 부피와 모양의 불변성을 설명합니다. 대부분의 고체는 규칙적인 결정 격자를 형성하는 공간적으로 정렬된 입자 배열을 가지고 있습니다. 물질 입자(원자, 분자, 이온)는 정점에 위치합니다 - 결정 격자의 노드. 결정 격자의 노드는 입자의 안정적인 평형 위치와 일치합니다. 이러한 고체를 결정질이라고 합니다.

액체

액체는 일정한 부피를 가지고 있지만 고유한 모양이 없으며, 액체가 있는 용기의 모양을 취합니다. 분자 상호 작용의 최소 위치 에너지는 분자의 운동 에너지와 비슷합니다. 약한 입자 상호 작용. 액체에서 분자의 열 운동은 이웃에 의해 분자에 제공되는 부피 내에서 안정적인 평형 위치 주변의 진동으로 표현됩니다. 분자는 물질의 전체 부피를 통해 자유롭게 이동할 수 없지만 분자가 인접 위치로 이동하는 것은 가능합니다. 이것은 액체의 유동성, 모양을 바꾸는 능력을 설명합니다.

액체에서 분자는 인력에 의해 서로 매우 강하게 결합되어 있어 액체 부피의 불변성을 설명합니다. 액체에서 분자 사이의 거리는 분자의 지름과 거의 같습니다. 분자 사이의 거리가 감소함에 따라(액체 압축) 반발력이 급격히 증가하므로 액체는 비압축성입니다. 열 운동의 구조와 특성 측면에서 액체는 고체와 기체 사이의 중간 위치를 차지합니다. 액체와 기체의 차이는 액체와 고체의 차이보다 훨씬 더 큽니다. 예를 들어, 용융 또는 결정화 동안 본체의 부피는 증발 또는 응축 동안보다 몇 배 적게 변화합니다.

가스는 일정한 부피를 가지고 있지 않으며 그들이 위치한 용기의 전체 부피를 차지합니다. 분자 상호 작용의 최소 위치 에너지는 분자의 운동 에너지보다 작습니다. 물질 입자는 실제로 상호 작용하지 않습니다. 기체는 분자의 배열과 운동에 완전한 무질서가 특징입니다.

기체 분자 사이의 거리는 분자 크기보다 몇 배나 더 큽니다. 작은 인력은 분자를 서로 가까이 두지 못하므로 기체는 무한정 팽창할 수 있습니다. 가스는 외부 압력의 작용으로 쉽게 압축되기 때문입니다. 분자 사이의 거리가 크고 상호 작용력은 무시할 수 있습니다. 용기 벽의 가스 압력은 움직이는 가스 분자의 영향으로 생성됩니다.