Značilnosti molekularne strukture tekočin

Tekočina po lastnostih in strukturi zaseda vmesni položaj med plini in trdnimi kristalnimi snovmi. Zato ima lastnosti tako plinastega kot trdne snovi. V molekularni kinetični teoriji so različna agregatna stanja snovi povezana z različnimi stopnjami molekularnega reda. Za trdne snovi se uporablja t.i naročilo na dolge razdalje pri razporeditvi delcev, t.j. njihova urejena razporeditev, ki se ponavlja na dolge razdalje. V tekočinah je t.i naročilo kratkega dosega pri razporeditvi delcev, t.j. njihova urejena razporeditev, ki se ponavlja na razdaljah, je primerljiva z medatomsko. Pri temperaturah, ki so blizu temperature kristalizacije, je tekoča struktura blizu trdni. Pri visokih temperaturah, blizu vrelišča, struktura tekočine ustreza plinastemu stanju - skoraj vse molekule sodelujejo v kaotičnem toplotnem gibanju.

Tekočine imajo tako kot trdne snovi določeno prostornino in podobno kot plini zavzamejo obliko posode, v kateri se nahajajo. Molekule plina med seboj praktično niso povezane s silami medmolekularne interakcije in v tem primeru povprečna energija toplotno gibanje molekule plina so zaradi privlačnih sil med njimi veliko večje od povprečne potencialne energije, zato se molekule plina razpršijo v različne smeri in plin zasede prostornino, ki mu je namenjena. V trdnih in tekočih telesih so sile privlačnosti med molekulami že znatne in držijo molekule na določeni razdalji ena od druge. V tem primeru je povprečna energija toplotnega gibanja molekul manjša od povprečne potencialne energije zaradi sil medmolekularne interakcije in ni dovolj za premagovanje privlačnih sil med molekulami, zato imajo trdne snovi in ​​tekočine določeno prostornino. .

Tlak v tekočinah se zelo močno poveča z naraščanjem temperature in zmanjševanjem prostornine. Volumetrična ekspanzija tekočin je veliko manjša od hlapov in plinov, saj so sile, ki vežejo molekule v tekočini, pomembnejše; ista pripomba velja za toplotno raztezanje.

Toplotne kapacitete tekočin običajno naraščajo s temperaturo (čeprav rahlo). Razmerje C p / C V je praktično enako ena.

Teorija tekočine do danes ni bila v celoti razvita. Razvoj številnih problemov pri preučevanju kompleksnih lastnosti tekočine pripada Ya.I. Frenkel (1894–1952). Toplotno gibanje v tekočini je pojasnil s tem, da vsaka molekula nekaj časa niha okoli določenega ravnotežnega položaja, nato pa skoči v nov položaj, ki je na razdalji reda medatomske razdalje od začetnega. Tako se molekule tekočine gibljejo precej počasi po masi tekočine. S povečanjem temperature tekočine se frekvenca nihajnega gibanja močno poveča, mobilnost molekul pa se poveča.

Na podlagi Frenklovega modela je mogoče nekatere razložiti posebnosti lastnosti tekočine. Tako imajo tekočine, tudi blizu kritične temperature, veliko večjo viskoznost kot plini, viskoznost pa pada z naraščanjem temperature (in ne narašča, kot pri plinih). To je razloženo z drugačno naravo procesa prenosa zagona: prenašajo ga molekule, ki skačejo iz enega ravnotežnega stanja v drugo, ti skoki pa so z naraščanjem temperature veliko pogostejši. Difuzija v tekočinah nastane le zaradi molekularnih skokov in se pojavlja veliko počasneje kot v plinih. Toplotna prevodnost tekočine je posledica izmenjave kinetične energije med delci, ki nihajo okoli svojih ravnotežnih položajev z različnimi amplitudami; ostri skoki molekul ne igrajo opazne vloge. Mehanizem toplotne prevodnosti je podoben njegovemu mehanizmu v plinih. značilna lastnost tekočina je njegova sposobnost imeti prosto površino(ni omejen s trdnimi stenami).

Za molekularno strukturo tekočin je bilo predlaganih več teorij.

1. Model cone. AT ta trenutek V času se lahko šteje, da je tekočina sestavljena iz območij, kjer so molekule razporejene v pravilnem vrstnem redu in tvorijo nekakšen mikrokristal (cono). Ta območja so tako rekoč ločena s snovjo v plinastem stanju. Sčasoma se ta območja oblikujejo na drugih mestih itd.

2. Teorija kvazikristalne strukture. Razmislite o kristalu pri temperaturi absolutne nič (glejte sliko 9.9.)

V njej izberemo poljubno smer in narišemo odvisnost verjetnosti P, da najdemo molekulo plina na določeni razdalji od druge molekule, ki je postavljena na izvoru (slika 9.9.). a), medtem ko se molekule nahajajo na vozliščih kristalne mreže. Pri višji temperaturi (slika 9.9, b) molekule nihajo okoli fiksnih ravnotežnih položajev, v bližini katerih preživijo večino svojega časa. Stroga periodičnost ponavljanja verjetnostnih maksimumov v idealnem kristalu sega poljubno daleč od izbranega delca; zato je običajno reči, da v trdnem delu obstaja "daljnji red".

V primeru tekočine (slika 9.9, v) blizu vsake molekule se njeni sosedje nahajajo bolj ali manj redno, daleč stran pa je ta vrstni red kršen (red kratkega dosega). Na grafu so razdalje izmerjene v delcih polmera molekule (r/r 0).

DISTRIBUCIJA MOLEKULE V POTENCIALNEM POLJU

GRAVITACIJSKE SILE (BOLTZMANNOVA DISTRIBUCIJA)

Pri izpeljavi osnovne enačbe MKT plinov in Maxwellove porazdelitve je bilo predvideno, da zunanje sile ne delujejo na molekule plina, kar pomeni, da so molekule enakomerno porazdeljene po prostornini. Vendar pa so molekule katerega koli plina vedno v potencialnem polju zemeljske gravitacije. Gravitacija na eni strani in toplotno gibanje molekul na drugi strani vodita v določeno stacionarno stanje, v katerem se tlak plina z naraščanjem višine zmanjšuje.

Dobimo zakon spremembe tlaka z višino, ob predpostavki, da je po celotni višini: gravitacijsko polje enakomerno (g = const); temperatura je enaka (T = const); mase vseh molekul so enake.

Naj bo tlak p na višini h. Potem je na višini h + dh tlak p + dp. Poleg tega, če je dh >0, potem dp< 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:

zdaj oz .

Integrirajmo desno in levo stran:

; .

Kje, . (26)

To je tako imenovana barometrična formula. Omogoča vam, da določite atmosferski tlak kot funkcijo nadmorske višine:

. (27)

Ker tlak je neposredno sorazmeren s koncentracijo molekul, potem lahko dobimo zakon spremembe koncentracije molekul z višino, pod pogojem, da se temperatura ne spreminja z višino (T = const):

. (28)

Glede na to, da je M = m∙N A in R = k∙N A iz (27), dobimo:

Ker mgh = U(h) je torej potencialna energija ene molekule na višini h

(30)

je Boltzmannova porazdelitev.

ŠTEVILO TRKOV IN POVPREČNA PROSTA POT IDEALNIH MOLEKULA PLINA.

Zaradi kaotičnega gibanja molekule plina nenehno trčijo med seboj. Med dvema zaporednima trkoma molekula prepotuje določeno pot λ, ki se imenuje srednja prosta pot . V splošnem primeru je dolžina te poti drugačna, vendar od število trkov je zelo veliko, gibanje pa naključno, potem lahko v stalnih zunanjih pogojih govorimo o Srednja dolžina prosti tek -. Če molekule danega plina v povprečju doživijo 1 sekundo trkov, potem

kjer je povprečna aritmetična hitrost molekul.

Idealne molekule plina obravnavamo kot krogle. Očitno bo do trka prišlo, če se dve molekuli približata na razdaljo, ki je enaka dvema polmeroma, to je premeru molekul d. Najmanjša razdalja, s katerim se središča dveh molekul med trkom približata, se imenuje efektivni premer molekul. Ta parameter je odvisen od in s tem od temperature plina.

Za definicijo si predstavljamo molekulo z efektivnim premerom d, ki se s hitrostjo premika med drugimi molekulami, ki hkrati ostanejo negibne. Ta molekula bo trčila z vsemi molekulami, katerih središča ležijo znotraj "zlomljenega" valja s polmerom d. To pomeni, da je enako številu molekul v prostornini tega valja

kjer je n koncentracija molekul in V je prostornina valja: . S tem v mislih -

. (32)

Upoštevanje gibanja drugih molekul poveča število trkov za faktor. Končno za z dobimo:

. (33)

Potem (34)

Ker p ~ n, nato za različno zunanji pogoji imamo:

Za zrak na št. (p = 760 mm Hg; t 0 \u003d 0 0 С): z = 10 9 s -1, a = 5 ∙ 10 -8 m.

PRENOSNI FENOMENI

V termodinamično neravnovesnih sistemih, t.j. v sistemih, pri katerih so vrednosti makroparametrov (T, p, ) na različnih točkah različne, se pojavijo nepovratni procesi, ki se imenujejo transportnih pojavov . Kot rezultat takšnih procesov se energija prenaša z enega lokalnega področja sistema na drugo (fenomen toplotne prevodnosti), masa (pojav difuzije), zagon (notranje trenje), naboj itd. To vodi do uskladitve vrednosti makroparametrov glede na prostornino sistema. Jasno je, da je prenos katere koli vrednosti razložen s prehodom določenega števila delcev (molekul in atomov) iz kraja v kraj kot posledica njihovega kaotičnega gibanja.

Dobimo splošno transportno enačbo po poljubni smeri. Po njej usmerimo os O X(slika 3). V mislih izpostavimo element ravnine s površino ∆S, pravokotno na O X. Zaradi naključnega gibanja v času ∆t skozi ∆S v smeri O X premakniti N delcev:

(1)

Tukaj je n koncentracija molekul (atomov) in njihova aritmetična srednja hitrost. Ko prehaja skozi ∆S, vsaka molekula prenese svojo lastno maso, naboj, zagon, energijo ali katero koli drugo lastnost. Vrednost količine, ki jo nosi ena molekula, označimo s črko φ. Nato v času ∆t skozi območje ∆S v smeri osi O X količina bo prenesena fizična količina

(2).

Očitno je, da če je koncentracija na desni tudi n, se bo enako število delcev premaknilo od desne proti levi. tiste. posledično prenašanje v tem primeru nič: ∆N = 0 in ∆Nφ = 0.

Če je medij nehomogen, t.j. bodisi koncentracija delcev bodisi vrednosti φ za delce na levi in ​​desni strani niso enaki, potem bodo bolj verjetni prehodi iz območij, kjer je vrednost (nφ) večja v območje, kjer je manjša. Če predpostavimo, da je (nφ) 1 > (nφ) 2, bo rezultat prenosa vrednosti φ določen z razmerjem: . (3)

Predznak minus v (3) odraža dejstvo, da se vrednost (nφ) zmanjšuje v smeri prenosa.

Ugotovimo, na kateri razdalji od ∆S na levi in ​​desni strani je treba vzeti vrednosti (nφ). Ker spremeniti fizične lastnosti molekul se zgodi le med trki in pred trkom je vsaka od molekul prevozila razdaljo, ki je enaka prosti poti, potem lahko domnevamo, da (nφ) molekule ostanejo nespremenjene na razdalji, ki je enaka prosti poti levo in desno od ∆ S. Desno stran (3) delite in pomnožite z 2:

Porazdelitev količin vzdolž katere koli smeri je določena s karakteristiko, imenovano gradient. Gradient je sprememba velikosti na razdalji, ki je enaka dolžini enote.

V tem primeru na točki s koordinato X 2 je vrednost prenosljive vrednosti (nφ) 2, na točki pa X 1 – (nφ) 1 , nato pod gradientom vrednosti nφ, preneseno vzdolž osi O X, razumeti je treba razmerje:

.

Potem gradient nφ v območju ∆S.

. (5)

(5) je splošna enačba prenosa.

Difuzija je prenos mase snovi . Pod pogojem, da so mase molekul enake (m 0 = const), je temperatura plina enaka po prostornini (T = const) in je porazdelitev hitrosti enakomerna po prostornini ( = const), ki nadomesti maso plina. molekulo v (5) namesto φ dobimo:

ali . (6)

To je Fickov zakon. D = je difuzijski koeficient. [D] \u003d m 2 / s.

Toplotna prevodnost je prenos energije . Pod pogojem, da je koncentracija molekul po celotnem volumnu plina (n = const), so mase molekul enake (m 0 = const), je porazdelitev hitrosti po prostornini enakomerna ( \u003d const), in povprečno kinetično energijo translacijskega gibanja ene molekule, dobimo Fourierov zakon:

, oz . (7)

- koeficient toplotne prevodnosti. [χ] \u003d W / (m K) \u003d kg m / (s 3 K).

Viskoznost je prenos zagona med vzporednimi plastmi, ki se premikajo urejeno s hitrostmi u 1 in u 2. Pod pogojem, da je v celotnem volumnu plina koncentracija molekul n = const, so mase molekul enake (m 0 = const), porazdelitev hitrosti po prostornini je enakomerna ( = const) in gibalna količina modul ene molekule, povezan s hitrostjo urejenega gibanja plasti φ = p = m 0 u, za zagon sile interakcije plasti imamo:

ali . ()

To je Newtonova enačba, ki določa velikost sile notranjega trenja (viskoznost). je prečni gradient hitrosti, ki označuje hitrost spremembe hitrosti v smeri X pravokotno na gibanje drgnih plasti. η – dinamični koeficient viskoznosti . [η] = Pa s.

MOLEKULARNE SILE

Sile interakcije med molekulami ali, kot jih imenujemo tudi Van der Waalsove sile, so električne narave. To so Coulombove sile interakcije nabitih delcev, ki sestavljajo atome in molekule. Pojavljajo se na razdaljah, ki so sorazmerne z velikostjo samih molekul in se z naraščajočo razdaljo zelo hitro zmanjšujejo. Hkrati delujejo hkrati privlačne sile (interakcija nasprotnih nabojev) in odbojne sile (interakcija podobnih nabojev). Ker resnični delci niso točkovni, potem je velikost teh sil na različne načine odvisna od razdalje med njimi.

Obstajajo tri vrste van der Waalsovih sil:

a) orientacijo - delujejo med polarnimi molekulami:

,

kjer je р električni dipolni moment delcev, r je razdalja med njimi, k je Boltzmannova konstanta, Т je termodinamična temperatura.

b) indukcija – opisati interakcijo molekul, polarizacijo

naboji, pri katerih nastanejo pod vplivom električnih polj sosednjih delcev:

.

Tukaj: р ind = ε 0 αЕ – pridobljeni električni dipolni moment delcev; α je polarizabilnost molekul.

v) disperzija - določi interakcijo molekul, pri kateri se asimetrična porazdelitev nabojev pojavlja naključno, v procesu premikanja elektronov po orbitah, kar vodi do nastanka trenutnih dipolov:

.

Na splošno lahko vse tri vrste sil delujejo hkrati:

F m \u003d F o + F in + F d.

Razmislimo o odvisnosti sil medmolekularne interakcije od razdalje. Sile privlačnosti F pr štejemo za negativne, sile odboja F iz pa za pozitivne. Vsota teh sil daje rezultanto - Fres = f(r). Na neki razdalji r 0 med molekulama |F pr | = |F od | in nastala sila F = F pr + F od \u003d 0. Če r< r 0 , то преобладают силы отталкивания. Если r >r 0 , potem prevladajo sile privlačnosti. Vendar pa se na razdalji r > 10 -9 m van der Waalsove sile hitro nagibajo k nič.

Za sistem medsebojno delujočih molekul je značilna določena rezerva potencialne energije, ki je kompleksno odvisna od r, E p = f(r):

r → ∞ – E p → 0 ;

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

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

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

Najmanjša potencialna energija interakcije se imenuje energija vezave molekul. To je enako delu, ki ga je treba opraviti proti silam privlačnosti, da ločimo molekule, ki so v ravnotežju.

Razmerje najmanjše potencialne energije (E p min) in vrednosti podvojene povprečne energije toplotnega gibanja na eno stopnjo svobode je merilo za agregacijsko stanje snovi. Če:

a) E p min<< kT – газ;

b) E p min » kT – tekočina;

c) E p min >> kT je trdno telo.

Tako je lahko katera koli snov, odvisno od temperature, v plinastem, tekočem ali trdnem agregatnem stanju.

STRUKTURNE ZNAČILNOSTI PLIN, TEKOČIN IN TRUDIH TELES

R.N. Grabovski. Tečaj fizike. 1980, str. 168-174.

PRAVI PLINI

Enačbe molekularne kinetične teorije dokaj dobro opisujejo obnašanje resničnih plinov pri dovolj visoki temperaturi in nizkem tlaku. To je razumljivo, saj takšno stanje pravi plin najbližji modelu idealnega plina, na podlagi katerega so pridobljeni vsi sklepi MKT. Vendar se z naraščanjem tlaka in zniževanjem temperature povprečna razdalja med molekulami zmanjšuje in sile molekularne interakcije naraščajo. Na primer pri n.o. prostornina molekul je 1/10000 prostornine, ki jo zaseda plin, pri tlaku 500 atm (500 MPa) pa bo že polovica celotne prostornine plina. Povsem očitno je, da pod temi pogoji zakoni MKT prenehajo delovati, na primer PV ¹ const pri T = const.

Tako je naloga dobiti takšno enačbo stanja za realni plin, ki bi upoštevala prostornino molekul in njihovo interakcijo.

©2015-2019 spletno mesto
Vse pravice pripadajo njihovim avtorjem. To spletno mesto ne zahteva avtorstva, ampak omogoča brezplačno uporabo.
Datum ustvarjanja strani: 2016-02-13

V problemih v tem razdelku poudarjajo predvsem idejo, da se molekule v plinih nahajajo na večjih razdaljah kot v tekočinah in trdnih snoveh, da so privlačne sile med njimi zanemarljive, zato plini zasedajo veliko prostornino. (Podobna izjava glede tekočin in trdnih snovi je na splošno napačna. Za trdne snovi je zelo pomemben tudi vrstni red molekul.)

Drugi koncept, ki se oblikuje v razredu VI pri reševanju nalog v tem oddelku, je razlika v naravi gibanja molekul v plinih, tekočinah in trdnih snoveh.

58(e). S premikanjem zamaška v pištoli za krompir s palico (slika 14) opazujemo zmanjšanje volumna zraka. Naredite enak poskus in napolnite cev z vodo. Razložite razliko v stisljivosti med vodo in zrakom na podlagi molekularne strukture snovi.

59. Kako razložiti, da para, ki nastane z vrelo vodo, zavzema približno 1700-krat več prostornine kot voda pri vrelišču?

Odgovori. Molekule hlapov se nahajajo na tako velikih razdaljah ena od druge, da so privlačne sile med njimi nepomembne in zato ne morejo povzročiti kondenzacije hlapov pri določeni temperaturi (pri določeni molekularni hitrosti).

60(e). V metrsko stekleno cev nalijte polovico vode, na vrh pa alkohol in nato premešajte. Kako se je po tem spremenil volumen tekočine? Razloži zakaj.

Odgovori. Skupni volumen se je zmanjšal zaradi gostejšega pakiranja molekul.

61. Znanstvenik Bridgman je z veliko silo stiskal olje v jekleni valj. Kako razložiti, da so delci olja štrleli na zunanjih stenah cilindra, čeprav v njih ni bilo razpok?

62. Če plošči svinca in zlata pritisnete skupaj, potem lahko čez nekaj časa najdete molekule svinca v zlatu in molekule zlata v svincu. Razloži zakaj.

Rešitev nalog 61 in 62. V trdnih snoveh in tekočinah so majhne vrzeli med molekulami, kljub njihovemu gostemu pakiranju. Molekule se premikajo predvsem z vibracijami. Slika spominja na ljudi v natrpanem avtobusu, ki se kljub stiski gibljejo, menjavajo mesto med seboj ali gredo skozi naključno oblikovane prehode.

63(e). Preglejte ploščo sljude in jo razdelite na tanjše liste. Razbijte in preglejte kose velikega namizna sol. Kako je mogoče na podlagi molekularne strukture snovi razložiti neenake lastnosti sljude in soli v različnih smereh?

64(e). Odlomite kos smole in pojasnite, zakaj prelom vedno povzroči gladko površino.

Odgovori. Var je zgoščena tekočina, zato njene molekule ne tvorijo pravilno izmeničnih plasti, kot v kristalnem telesu.

Struktura plinov, tekočin in trdnih snovi. Značilnosti strukture rešitev. Koncept "reaktivnega polja"
Teorija zgradbe tekočin: primerjava s strukturo plinov in trdnih snovi Struktura (struktura) tekočin. Struktura tekočin je trenutno predmet podrobnega preučevanja fizikalnih kemikov. Za raziskave v tej smeri se uporabljajo najsodobnejše metode, med drugim spektralne (IR, NMR, sipanje svetlobe različnih valovnih dolžin), rentgensko sipanje, kvantno mehanske in statistične računske metode itd. Teorija tekočin je veliko manj razvita kot teorija plinov, saj so lastnosti tekočin odvisne od geometrije in polarnosti tesno razporejenih molekul. Poleg tega pomanjkanje posebne strukture tekočin otežuje formaliziranje njihovega opisa - v večini učbenikov je tekočin na voljo veliko manj prostora kot plini in kristalne trdne snovi. Kakšne so značilnosti vsakega od treh agregatnih stanj snovi: trdno, tekoče in plinasto. (tabela)
1) Trdno: telo ohranja volumen in obliko
2) Tekočine ohranijo volumen, vendar zlahka spremenijo obliko.
3) Plin nima ne oblike ne prostornine.

Ta stanja iste snovi se ne razlikujejo po vrsti molekul (enaka je), temveč po načinu, kako se molekule nahajajo in premikajo.
1) V plinih je razdalja med molekulami velika več velikosti same molekule
2) Molekule tekočine se ne razhajajo na velike razdalje in tekočina v normalnih pogojih ohrani svoj volumen.
3) Delci trdnih teles so razporejeni v določenem vrstnem redu. Vsak delček se giblje okoli določene točke v kristalni mreži, kot nihalo ure, torej niha.
Ko temperatura pade, se tekočine strdijo in ko se dvignejo nad vrelišče, preidejo v plinasto stanje. Že samo to dejstvo kaže, da tekočine zasedajo vmesni položaj med plini in trdnimi snovmi, ki se razlikujejo od obeh. Vendar ima tekočina podobnosti z vsakim od teh stanj.
Obstaja temperatura, pri kateri meja med plinom in tekočino popolnoma izgine. To je tako imenovana kritična točka. Za vsak plin je znana temperatura, nad katero ne more biti tekoč pri nobenem tlaku; pri tej kritični temperaturi izgine meja (meniskus) med tekočino in njeno nasičeno paro. Obstoj kritične temperature ("absolutnega vrelišča") je ugotovil DIMendelejev leta 1860. Druga lastnost, ki združuje tekočine in pline, je izotropnost. To pomeni, da je na prvi pogled mogoče domnevati, da so tekočine bližje plinom kot kristalom. Tako kot plini so tudi tekočine izotropne, t.j. njihove lastnosti so enake v vseh smereh. Kristali so nasprotno anizotropni: lomni količnik, stisljivost, trdnost in številne druge lastnosti kristalov se izkažejo za različne v različnih smereh. Trdne kristalne snovi imajo urejeno strukturo s ponavljajočimi se elementi, zaradi česar jih je mogoče preučevati z rentgensko difrakcijo (od leta 1912 se uporablja metoda rentgenske difrakcijske analize).

Kaj imajo tekočine in plini skupnega?
A) izotropno. Lastnosti tekočine, tako kot plinov, so enake v vseh smereh, t.j. so izotropni, za razliko od kristalov, ki so anizotropni.
B) Tekočine, tako kot plini, nimajo določene oblike in imajo obliko posode (nizka viskoznost in visoka fluidnost).
Molekule ter tekočine in plini se gibljejo dokaj prosto in trčijo med seboj. Prej je veljalo, da je znotraj prostornine, ki jo zaseda tekočina, vsaka razdalja, ki presega vsoto njihovih polmerov, enako verjetna, t.j. težnja po urejeni razporeditvi molekul je bila zanikana. Tako so bile do določene mere tekočine in plini v nasprotju s kristali.
Ko raziskave napredujejo, več dejstva so pokazala na prisotnost podobnosti med strukturo tekočin in trdnih snovi. Na primer, vrednosti toplotnih kapacitet in koeficientov stisljivosti, zlasti blizu tališča, praktično sovpadajo med seboj, medtem ko se te vrednosti za tekočino in plin močno razlikujejo.
Že iz tega primera je mogoče sklepati, da je slika toplotnega gibanja v tekočinah pri temperaturi, ki je blizu temperaturi strjevanja, podobna toplotnemu gibanju v trdnih snoveh in ne v plinih. Poleg tega je mogoče opaziti tudi tako pomembne razlike med plinastim in tekočim stanjem snovi. V plinih so molekule razporejene po prostoru povsem naključno, t.j. slednje velja za primer brezstrukturnega izobraževanja. Tekočina ima še vedno določeno strukturo. To je eksperimentalno potrjeno z rentgensko difrakcijo, ki kaže vsaj en jasen maksimum. Struktura tekočine je način, kako so njene molekule razporejene v prostoru. Tabela prikazuje podobnosti in razlike med plinastim in tekočim stanjem.
Plinska faza Tekoča faza
1. Razdalja med molekulami l je običajno (za nizke tlake) veliko večja od polmera molekule r: l  r ; praktično celoten volumen V, ki ga zaseda plin, je prosti volumen. V tekoči fazi je, nasprotno, l 2. Povprečna kinetična energija delcev, enaka 3/2kT, je večja od potencialne energije U njihove medmolekularne interakcije Potencialna energija interakcije molekul je večja od povprečne kinetična energija njihovega gibanja: U3/2 kT
3. Delci med translacijskim gibanjem trčijo, faktor frekvence trka je odvisen od mase delcev, njihove velikosti in temperature.Vsak delec niha v kletki, ki jo ustvarijo molekule, ki ga obdajajo. Amplituda nihanja a je odvisna od prostega volumna, a  (Vf/ L)1/3
4. Difuzija delcev nastane kot posledica njihovega translacijskega gibanja, difuzijski koeficient D  0,1 - 1 cm2 / s (p  105 Pa) in je odvisen od tlaka plina
(D  p-1) Difuzija nastane kot posledica delca, ki skoči iz ene celice v drugo z aktivacijsko energijo ED,
D  e-ED/RT v neviskoznih tekočinah
D  0,3 - 3 cm2 / dan.
5. Delec se prosto vrti, vrtilna frekvenca r je določena le z vztrajnostnimi momenti delca in temperatura, frekvenca vrtenja r T1/2 Er/RT
Vendar pa je tekoče stanje po številnih pomembnih kazalnikih (kvazikristalnost) blizu trdnemu. Kopičenje eksperimentalnih dejstev je pokazalo, da imajo tekočine in kristali veliko skupnega. Fizikalne in kemijske študije posameznih tekočin so pokazale, da imajo skoraj vse nekatere elemente kristalne strukture.
Prvič, medmolekulske razdalje v tekočini so blizu tistim v trdni snovi. To dokazuje dejstvo, da se med taljenjem slednjega prostornina snovi neznatno spremeni (običajno se poveča za največ 10%). Drugič, energija medmolekularne interakcije v tekočini in trdni snovi se neznatno razlikuje. To izhaja iz dejstva, da je toplota fuzije veliko manjša od toplote izhlapevanja. Na primer, za vodo Hpl= 6 kJ/mol in Hsp= 45 kJ/mol; za benzen Hpl = 11 kJ/mol in Htest = 48 kJ/mol.
Tretjič, toplotna zmogljivost snovi se med taljenjem zelo malo spremeni, t.j. je blizu za obe državi. Iz tega sledi, da je narava gibanja delcev v tekočini podobna tisti v trdnem. Četrtič, tekočina, tako kot trdno telo, lahko prenese velike natezne sile, ne da bi se zlomila.
Razlika med tekočino in trdno snovjo je v pretočnosti: trdna snov ohrani svojo obliko, tekočina jo zlahka spremeni tudi pod vplivom majhnega napora. Te lastnosti izhajajo iz značilnosti strukture tekočine, kot so močna medmolekularna interakcija, kratkoročni red v razporeditvi molekul in sposobnost molekul, da razmeroma hitro spremenijo svoj položaj. Ko se tekočina segreje od ledišča do vrelišča, se njene lastnosti gladko spreminjajo, s segrevanjem se njene podobnosti s plinom postopoma povečujejo.
Vsak od nas se zlahka spomni številnih snovi, ki jih ima za tekočine. Vendar pa ni tako enostavno dati natančne definicije tega stanja snovi, saj imajo tekočine takšne fizikalne lastnosti, da so v nekaterih pogledih podobne trdnim snovem, v drugih pa plinom. Podobnost med tekočinami in trdnimi snovmi je najbolj izrazita pri steklenih materialih. Njihov prehod iz trdnega v tekočino z naraščajočo temperaturo poteka postopoma in ne kot izrazito tališče, preprosto postajajo mehkejši in mehkejši, tako da je nemogoče navesti, v katerem temperaturnem območju bi jih morali imenovati trdne snovi in ​​v katerem naj bodo imenovane tekočine. Lahko rečemo le, da je viskoznost steklene snovi v tekočem stanju manjša kot v trdnem stanju. Trdna kozarca zato pogosto imenujemo prehlajene tekočine. Očitno največ značilna lastnost tekočin, kar jih razlikuje od trdnih snovi, je njihova nizka viskoznost, t.j. visoka fluidnost. Zahvaljujoč njej dobijo obliko posode, v katero se vlijejo. Na molekularni ravni visoka fluidnost pomeni relativno veliko svobodo delcev tekočine. Pri tem so tekočine podobne plinom, čeprav so sile medmolekularne interakcije tekočin večje, so molekule bližje in bolj omejene v svojem gibanju.
Povedanemu je mogoče pristopiti drugače - z vidika ideje dolgega in kratkega dosega reda. Dolgoročni red obstaja v kristalnih trdnih snoveh, katerih atomi so razporejeni strogo urejeno in tvorijo tridimenzionalne strukture, ki jih je mogoče dobiti s ponavljajočim se ponavljanjem enotne celice. V tekočini in steklu ni vrstnega reda na dolge razdalje. To pa ne pomeni, da sploh niso naročeni. Število najbližjih sosedov za vse atome je skoraj enako, vendar postaja razporeditev atomov, ko se oddaljujejo od katerega koli izbranega položaja, vedno bolj kaotična. Tako red obstaja le na majhnih razdaljah, od tod tudi ime: red kratkega dosega. Ustrezen matematični opis strukture tekočine lahko podamo le s pomočjo statistične fizike. Na primer, če je tekočina sestavljena iz enakih sferičnih molekul, potem lahko njeno strukturo opišemo s funkcijo radialne porazdelitve g(r), ki daje verjetnost, da se najde katera koli molekula na razdalji r od dane, izbrane kot referenčna točka . Eksperimentalno je to funkcijo mogoče najti s preučevanjem difrakcije rentgenskih žarkov ali nevtronov, s prihodom hitrih računalnikov pa so jo začeli izračunavati po metodi računalniška simulacija, ki temelji na razpoložljivih podatkih o naravi sil, ki delujejo med molekulami, ali na predpostavkah o teh silah, pa tudi na zakonih Newtonove mehanike. Če primerjamo teoretično in eksperimentalno pridobljene funkcije radialne porazdelitve, lahko preverimo pravilnost predpostavk o naravi medmolekularnih sil.
V organskih snoveh, katerih molekule imajo podolgovato obliko, v tem ali drugem temperaturnem območju včasih najdemo področja tekoče faze z orientacijskim redom na dolge razdalje, kar se kaže v težnji po vzporedni poravnavi dolgih osi molekule. V tem primeru lahko orientacijsko urejanje spremlja koordinacijsko urejanje molekularnih centrov. Tekoče faze te vrste se običajno imenujejo tekoči kristali. Tekoče kristalno stanje je vmesno med kristalnim in tekočim. Tekoči kristali imajo tako fluidnost kot anizotropijo (optično, električno, magnetno). Včasih se to stanje imenuje mezomorfno (mezofaza) zaradi odsotnosti reda na dolge razdalje. Zgornja meja obstoja je temperatura razsvetljenja (izotropna tekočina). Termotropni (mezogeni) FA obstajajo nad določeno temperaturo. Tipični so cianobifenili. Liotropni - ko se raztopijo, na primer vodne raztopine mil, polipeptidov, lipidov, DNK. Proučevanje tekočih kristalov (mezofaza - taljenje v dveh fazah - motna talina, nato prozorna, prehod iz kristalne faze v tekočo skozi vmesno obliko z anizotropnimi optičnimi lastnostmi) je pomembna za namene tehnologije - indikacija tekočih kristalov.
Molekule v plinu se premikajo naključno (naključno). Pri plinih je razdalja med atomi ali molekulami v povprečju večkrat večja od velikosti samih molekul. Molekule v plinu se premikajo z veliko hitrostjo (na stotine m/s). Ob trku se odbijajo drug od drugega kot popolnoma elastične kroglice, pri čemer spreminjajo velikost in smer hitrosti. Pri velikih razdaljah med molekulami so privlačne sile majhne in ne morejo zadržati molekul plina ena ob drugi. Zato se lahko plini širijo neomejeno. Plini se zlahka stisnejo, povprečna razdalja med molekulami se zmanjša, vendar še vedno ostaja velika. Plini ne ohranjajo ne oblike ne prostornine, njihov volumen in oblika sovpadata s prostornino in obliko posode, ki jo napolnijo. Številni udarci molekul na stene posode ustvarjajo tlak plina.
Atomi in molekule trdnih snovi vibrirajo okoli določenih ravnotežnih položajev. Zato trdne snovi ohranijo tako volumen kot obliko. Če miselno povežete središča ravnotežnih položajev atomov ali ionov trdnega telesa, potem dobite kristalno mrežo.
Molekule tekočine se nahajajo skoraj blizu ena drugi. Zato so tekočine zelo slabo stisljive in ohranjajo svojo prostornino. Molekule tekočine vibrirajo okoli ravnotežnega položaja. Občasno molekula opravi prehode iz enega ustaljenega stanja v drugo, praviloma v smeri delovanja zunanje sile. Čas ustaljenega stanja molekule je majhen in se z naraščanjem temperature zmanjšuje, čas prehoda molekule v novo ustaljeno stanje pa je še krajši. Zato so tekočine tekoče, ne ohranjajo svoje oblike in prevzamejo obliko posode, v katero se vlijejo.

Kinetična teorija tekočin Kinetična teorija tekočin, ki jo je razvil Ya. I. Frenkel, obravnava tekočino kot dinamični sistem delci, ki so delno podobni kristalnemu stanju. Pri temperaturah blizu tališča se toplotno gibanje v tekočini zmanjša predvsem na harmonično nihanje delcev okoli določenih povprečnih ravnotežnih položajev. V nasprotju s kristalnim stanjem so ti ravnotežni položaji molekul v tekočini začasni za vsako molekulo. Potem ko nekaj časa t niha okoli enega ravnotežnega položaja, molekula skoči na nov položaj, ki se nahaja v soseščini. Do takšnega skoka pride pri porabi energije U, zato je čas »umirjene življenjske dobe« t od temperature odvisen takole: t = t0 eU/RT, kjer je t0 obdobje enega nihanja okoli ravnotežnega položaja. Za vodo pri sobni temperaturi t » 10-10s, t0 = 1,4 x 10-12s, torej ena molekula, ki naredi približno 100 tresljajev, skoči v nov položaj, kjer še naprej niha. Iz podatkov o sipanju rentgenskih žarkov in nevtronov lahko izračunamo funkcijo gostote porazdelitve delcev  glede na razdaljo r od enega delca, izbranega za središče. V prisotnosti dolgega reda v kristalni trdni snovi ima funkcija (r) številne različne maksimume in minimume. Zaradi velike mobilnosti delcev se v tekočini ohrani le red kratkega dosega. To jasno izhaja iz rentgenskih vzorcev tekočin: funkcija (r) za tekočino ima prvi jasen maksimum, drugi razpršen in nato (r) = const. Kinetična teorija taljenje opisuje na naslednji način. V kristalni mreži trdne snovi je vedno majhno število prostih mest (luknjin), ki počasi tavajo okoli kristala. Bližje kot je temperatura temperaturi taljenja, višja je koncentracija "luknj" in hitreje se premikajo skozi vzorec. Pri tališču tvorba "luknj" pridobi plazovit kooperativni značaj, sistem delcev postane dinamičen, red na dolge razdalje izgine in pojavi se fluidnost. Odločilno vlogo pri taljenju ima tvorba prostega volumna v tekočini, zaradi česar je sistem tekoč. Najpomembnejša razlika med tekočim in trdnim kristalnim telesom je v tem, da je v tekočini prosti volumen, katerega pomemben del ima obliko nihanj ("luknj"), katerih tavanje skozi tekočino ji daje tako značilna kakovost kot fluidnost. Število takšnih "luknj", njihova prostornina in mobilnost so odvisni od temperature. Pri nizki temperaturi tekočina, če se ni spremenila v kristalno telo, postane amorfna trdna snov z zelo nizko pretočnostjo zaradi zmanjšanja volumna in gibljivosti "luknj". Tako dobro, kot kinetična teorija V zadnjih desetletjih se je statistična teorija tekočin uspešno razvijala.

Struktura ledu in vode. Najpomembnejša in najpogostejša tekočina v normalnih pogojih je voda. To je najpogostejša molekula na Zemlji! Je odlično topilo. Na primer, vse biološke tekočine vsebujejo vodo. Voda raztopi številne anorganske (soli, kisline, baze) in organske snovi (alkoholi, sladkorji, karboksilne kisline, amini). Kakšna je struktura te tekočine? Ponovno se bomo morali vrniti k vprašanju, ki smo ga obravnavali v prvem predavanju, in sicer k tako specifični medmolekularni interakciji, kot je vodikova vez. Voda, tako v tekoči kot v kristalni obliki, kaže anomalne lastnosti prav zaradi prisotnosti številnih vodikovih vezi. Kakšne so te anomalne lastnosti: visoko vrelišče, visoko tališče in visoka entalpija uparjanja. Poglejmo najprej graf, nato tabelo in nato še diagram vodikove vezi med dvema molekulama vode. Pravzaprav vsaka molekula vode okoli sebe koordinira 4 druge molekule vode: dve zaradi kisika, kot darovalca dveh samotnih elektronskih parov v dva protonizirana vodika, in dve zaradi protoniziranih vodikov, ki se usklajujejo s kisiki drugih molekul vode. V prejšnjem predavanju sem vam pokazal diapozitiv z grafi tališča, vrelišča in entalpije izhlapevanja hidridov skupine VI glede na obdobje. Te odvisnosti imajo jasno anomalijo za kisikov hidrid. Vsi ti parametri za vodo so opazno višji od tistih, predvidenih iz skoraj linearne odvisnosti za naslednje hidride žvepla, selena in telurja. To smo razložili z obstojem vodikove vezi med protoniziranim vodikom in akceptorjem elektronske gostote, kisikom. Vodikove vezi so najuspešneje preučevali z uporabo vibracijske infrardeče spektroskopije. Prosta OH skupina ima značilno vibracijsko energijo, ki povzroči, da se OH vez izmenično podaljša in skrajša, kar daje značilen pas v infrardečem absorpcijskem spektru molekule. Če pa OH skupina sodeluje v vodikovi vezi, je atom vodika vezan z atomi na obeh straneh in tako se njegovo tresenje "zaduši" in frekvenca se zmanjša. Naslednja tabela kaže, da povečanje moči in "koncentracije" vodikove vezi vodi do zmanjšanja absorpcijske frekvence. Na sliki krivulja 1 ustreza maksimumu infrardečega absorpcijskega spektra O-H skupin v ledu (kjer so vse H-vezi vezane); krivulja 2 ustreza maksimumu infrardečega absorpcijskega spektra skupin O-N posameznik molekule H2O, raztopljene v CCl4 (kjer ni H-vezi - raztopina H2O v CCl4 je preveč razredčena); in krivulja 3 ustreza absorpcijskemu spektru tekoče vode. Če bi imela tekoča voda dva stopnje O-N skupine - ki tvorijo vodikove vezi in jih ne tvorijo - in nekatere O-N skupine v vodi bi vibrirali na enak način (z enako frekvenco) kot v ledu (kjer tvorijo H-vezi), drugi pa - kot v okolju CCl4 (kjer ne tvorijo H-vezi). Potem bi imel spekter vode dva maksimuma, ki ustrezata dvema O-H stanja skupine, njihovi dve značilni frekvenci nihanja: s kakšno frekvenco skupina vibrira, s tem absorbira svetlobo. Toda "dva-maksimalna" slika ni opažena! Namesto tega na krivulji 3 vidimo en, zelo zamegljen maksimum, ki sega od maksimuma krivulje 1 do maksimuma krivulje 2. To pomeni, da vse skupine O-H v tekoči vodi tvorijo vodikove vezi - vendar imajo vse te vezi različno energijo, " ohlapno« (imajo drugačno energijo) in na različne načine. To kaže, da je slika, v kateri so nekatere vodikove vezi v vodi pretrgane, nekatere pa obdržane, strogo gledano napačna. Je pa tako preprosta in priročna za opis termodinamičnih lastnosti vode, da se široko uporablja – in nanjo se bomo tudi sklicevali. Vendar ne pozabite, da ni povsem natančno.
Tako je IR spektroskopija močna metoda za preučevanje vodikove vezi, s to spektralno metodo pa je bilo pridobljenih veliko podatkov o strukturi zaradi nje povezanih tekočin in trdnih snovi. Zaradi tega je za tekočo vodo ledu podoben model (model O. Ya. Samoilova) eden najbolj splošno priznanih. Po tem modelu tekoča voda je moteno zaradi toplotnega gibanja (dokaz in posledica toplotnega gibanja - Brownovo gibanje, ki ga je na cvetnem prahu pod mikroskopom prvi opazil angleški botanik Robert Brown leta 1827) ledu podoben tetraedrski okvir (vsaka molekula vode v ledenem kristalu je povezana z vodikovimi vezmi z zmanjšano energijo v primerjavi s tisto v ledu – »ohlapna« vodikove vezi) s štirimi molekulami vode, ki ga obdajajo), so praznine tega okvirja delno zapolnjene z molekulami vode, molekule vode, ki se nahajajo v prazninah in v vozliščih ledu podobnih karakas, pa so energetsko neenake.

Za razliko od vode so v ledenem kristalu na vozliščih kristalne mreže molekule vode enake energije in lahko delujejo samo oscilatorna gibanja. V takem kristalu obstajata vrstni red kratkega in dolgega dosega. V tekoči vodi (kot pri polarni tekočini) so ohranjeni nekateri elementi kristalne strukture (poleg tega so tudi v plinski fazi tekoče molekule urejene v majhne nestabilne grozde), vendar ni reda na dolge razdalje. Tako se struktura tekočine razlikuje od strukture plina v prisotnosti reda kratkega dosega, vendar se od strukture kristala razlikuje po odsotnosti reda dolgega dosega. Najbolj prepričljiv dokaz za to je študija razprševanja rentgenskih žarkov. Trije sosedje vsake molekule v tekoči vodi se nahajajo v eni plasti in so od nje oddaljeni večji (0,294 nm) kot četrta molekula od sosednje plasti (0,276 nm). Vsaka molekula vode v sestavi ledu podobnega ogrodja tvori eno zrcalno simetrično (močno) in tri centralno simetrične (manj močne) vezi. Prvi se nanaša na vezi med molekulami vode določene plasti in sosednjimi plastmi, ostalo - na vezi med molekulami vode enega sloja. Zato je četrtina vseh vezi zrcalno simetrična, tri četrtine pa centralno simetričnih. Koncept tetraedričnega okolja vodnih molekul je pripeljal do zaključka, da je njegova struktura zelo odprta in da so v njem praznine, katerih dimenzije so enake ali večje od dimenzij vodnih molekul.

Elementi strukture tekoče vode. a - elementarni vodni tetraeder (svetlobni krogi - atomi kisika, črne polovice - možni položaji protonov na vodikovi vezi); b - zrcalno-simetrična razporeditev tetraedrov; c - centralno simetrična razporeditev; d - lokacija kisikovih centrov v strukturi navadnega ledu. Za vodo so značilne pomembne sile medmolekularne interakcije zaradi vodikovih vezi, ki tvorijo prostorsko mrežo. Kot smo povedali v prejšnjem predavanju, je vodikova vez posledica sposobnosti atoma vodika, povezanega z elektronegativnim elementom, da tvori dodatno vez z elektronegativnim atomom druge molekule. Vodikova vez je razmeroma močna in znaša nekaj 20-30 kilodžulov na mol. Po moči zavzema vmesno mesto med van der Waalsovo energijo in energijo tipično ionske vezi. Energija v molekuli vode kemična vez H-O je 456 kJ/mol, energija vodikove vezi H…O pa je 21 kJ/mol.

Vodikove spojine
Molekulska masa Temperatura,  С
zmrzovalno vrenje
H2Te 130 -51 -4
H2Se 81 -64 -42
H2S 34 -82 -61
H2O 18 0! +100!

Struktura ledu. navaden led. Črtkana črta - H-vezi. V odprti strukturi ledu so vidne majhne votline, obdane z molekulami H2O.
Tako je struktura ledu odprta konstrukcija vodnih molekul, ki so med seboj povezane le z vodikovimi vezmi. Lokacija molekul vode v strukturi ledu določa prisotnost širokih kanalov v strukturi. Med taljenjem ledu v te kanale "padejo" molekule vode, kar pojasnjuje povečanje gostote vode v primerjavi z gostoto ledu. Kristali ledu se pojavljajo v obliki pravilnih šesterokotnih plošč, tabelarnih ločitev in zrastkov kompleksne oblike. Struktura navaden led narekujejo H-vezi: dobro je za geometrijo teh vezi (O-H gleda neposredno na O), ni pa zelo dobro za tesen van der Waalsov stik molekul H2O. Zato je struktura ledu odprta, v njej molekule H2O obdajajo mikroskopske (velikosti manj kot molekula H2O) pore. Odprta struktura ledu vodi do dveh dobro znanih učinkov: (1) led je manj gost od vode, v njem lebdi; in (2) pod močnim pritiskom - na primer, rezila drsalke stopijo led. Večina vodikovih vezi, ki obstajajo v ledu, se ohrani v tekoči vodi. To izhaja iz majhnosti toplote taljenega ledu (80 cal/g) v primerjavi s toploto vrele vode (600 cal/g pri 0°C). Lahko bi rekli, da je le 80/(600+80) = 12% H-vezi, ki obstajajo v ledu v tekoči vodi. Vendar ta slika – da so nekatere vodikove vezi v vodi pretrgane, nekatere pa ohranjene – ni povsem točna: vse vodikove vezi v vodi postanejo ohlapne. To dobro ponazarjajo naslednji eksperimentalni podatki.

Struktura rešitev. Od konkretni primeri za vodo pa preidimo na druge tekočine. Različne tekočine se med seboj razlikujejo po velikosti molekul in naravi medmolekularnih interakcij. Tako je v vsaki specifični tekočini določena psevdokristalna struktura, za katero je značilen red kratkega dosega in je do neke mere podobna strukturi, ki nastane, ko tekočina zamrzne in se spremeni v trdno snov. Pri raztapljanju druge snovi, t.j. ko nastane raztopina, se spremeni narava medmolekularnih interakcij in pojavi se nova struktura z drugačno razporeditvijo delcev kot v čistem topilu. Ta struktura je odvisna od sestave raztopine in je specifična za vsako posamezno raztopino. Nastajanje tekočih raztopin običajno spremlja proces solvatacije, t.j. poravnava molekul topila okoli molekul topljenca zaradi delovanja medmolekulskih sil. Razlikovati med bližnjo in daljno razrešitev, t.j. okoli molekul (delcev) topljenca se tvorijo primarne in sekundarne solvatne lupine. V primarni solvatacijski lupini so v neposredni bližini molekule topila, ki se premikajo skupaj z molekulami topljenca. Število molekul topila v primarni solvatacijski lupini se imenuje solvatacijsko koordinacijsko število, ki je odvisno tako od narave topila kot od narave topljenca. Sestava sekundarne solvatacijske lupine vključuje molekule topila, ki se nahajajo na veliko večjih razdaljah in vplivajo na procese, ki se pojavljajo v raztopini zaradi interakcije s primarno solvatacijsko lupino.
Pri obravnavi stabilnosti solvatov ločimo med kinetično in termodinamično stabilnostjo.
V vodnih raztopinah so kvantitativne značilnosti kinetične hidratacije (O.Ya. Samoilov) vrednosti i /  in Ei = Ei-E, kjer sta i in  povprečni čas zadrževanja molekul vode v ravnotežju. položaj blizu i-toga iona in v čisto vodo, Ei in E pa sta izmenjevalna aktivacijska energija in aktivacijska energija samodifuzijskega procesa v vodi. Te količine so med seboj povezane s približnim razmerjem:
i/  exp(Ei/RT)
če je EI  0, i/  1 (izmenjava molekul vode, ki so najbližje ionu, poteka manj pogosto (počasneje) kot izmenjava med molekulami v čisti vodi) - pozitivna hidracija
če EI  0, i/  1 (izmenjava molekul vode, ki so najbližje ionu, poteka pogosteje (hitreje) kot izmenjava med molekulami v čisti vodi) - negativna hidracija

Torej, za litijev ion EI = 1,7 kJ/mol, za cezijev ion Ei= - 1,4 kJ/mol, t.j. majhen "trdi" litijev ion drži molekule vode močneje kot velik in "razpršen" cezijev ion z enakim nabojem. Termodinamična stabilnost nastalih solvatov je določena s spremembo Gibbsove energije med solvatacijo (solvG) = (solvH) - T(solvS). Bolj kot je ta vrednost negativna, bolj stabilen je solvat. V bistvu je določeno negativne vrednosti solvatacijske entalpije.
Pojem rešitev in teorije rešitev. Prave rešitve nastanejo spontano, ko prideta v stik dve ali več snovi, zaradi uničenja vezi med delci ene vrste in nastanka vezi druge vrste ter razporeditve snovi po celotnem volumnu zaradi difuzije. Raztopine glede na njihove lastnosti delimo na idealne in realne, raztopine elektrolitov in neelektrolitov, razredčene in koncentrirane, nenasičene, nasičene in prenasičene. Lastnosti rastorjev so odvisne od narave in velikosti MMW. Te interakcije so lahko fizične narave (van der Waalsove sile) in kompleksne fizikalno-kemijske narave (vodikova vez, ionsko-molekularna vez, kompleksi za prenos naboja itd.). Za proces nastajanja raztopine je značilna hkratna manifestacija privlačnih in odbojnih sil med medsebojno delujočimi delci. V odsotnosti odbojnih sil bi se delci združili (lepili) in tekočine bi se lahko stiskale v nedogled; v odsotnosti privlačnih sil bi bilo nemogoče dobiti tekočine ali trdne snovi. V prejšnjem predavanju smo obravnavali fizikalno in kemijsko teorijo raztopin.
Vendar ustvarjanje enotne teorije rešitev naleti na velike težave in trenutno še ni ustvarjena, čeprav raziskave izvajajo najbolj sodobne metode kvantna mehanika, statistična termodinamika in fizika, kristalkemija, rentgenska difrakcijska analiza, optične metode, metode NMR. reaktivno polje. V nadaljevanju obravnave sil medmolekularne interakcije bomo obravnavali koncept "reaktivnega polja", ki je pomemben za razumevanje strukture in strukture kondenzirane snovi in ​​realnih plinov, zlasti tekoče stanje, in s tem vse fizikalna kemija tekoče raztopine.
Reaktivno polje se pojavi v mešanicah polarnih in nepolarnih molekul, na primer pri mešanicah ogljikovodikov in naftenskih kislin. Polarne molekule delujejo s poljem določene simetrije (simetrija polja je določena s simetrijo prostih molekularnih orbital) in intenzivnostjo H na nepolarne molekule. Slednji so zaradi ločevanja naboja polarizirani, kar vodi do pojava (indukcije) dipola. Molekula z induciranim dipolom pa deluje na polarno molekulo in spreminja njeno elektromagnetno polje, t.j. vzbuja reaktivno (odzivno) polje. Pojav reaktivnega polja vodi do povečanja interakcijske energije delcev, kar se izraža v ustvarjanju močnih solvatacijskih lupin za polarne molekule v mešanici polarnih in nepolarnih molekul.
Energija jalovega polja se izračuna po naslednji formuli: kjer je:
znak "-" - določa privlačnost molekul
S - statična električna prepustnost
 neomejeno je prepustnost zaradi elektronske in atomske polarizabilnosti molekul
NA - Avogadrovo število
VM je prostornina, ki jo zaseda 1 mol polarne snovi v izotropni tekočini v = dipolni moment
ER je energija 1 mola polarne snovi v raztopini
Koncept "reaktivnega polja" nam bo omogočil boljše razumevanje strukture čistih tekočin in raztopin. Kvantno-kemijski pristop k preučevanju reaktivnega polja je bil razvit v delih M.V. L. Ya. Karpova Tako problem tekočega stanja čaka na svoje mlade raziskovalce. Ti in karte v tvojih rokah.

Struktura plinov, tekočin in trdnih snovi.

Temeljne določbe teorije molekularne kinetike:

Vse snovi so sestavljene iz molekul, molekule pa iz atomov.

atomi in molekule so v stalnem gibanju,

Med molekulami obstajajo privlačne in odbojne sile.

AT plini molekule se premikajo naključno, razdalje med molekulami so velike, molekularne sile so majhne, ​​plin zaseda celotno prostornino, ki mu je namenjena.

AT tekočine molekule so urejene le na majhnih razdaljah, na velikih razdaljah pa je red (simetrija) razporeditve kršen - "red kratkega dosega". Sile molekularne privlačnosti držijo molekule blizu skupaj. Gibanje molekul je »skok« iz enega stabilnega položaja v drugega (običajno znotraj ene plasti. To gibanje pojasni pretočnost tekočine. Tekočina nima oblike, ima pa prostornino.

Trdne snovi - snovi, ki ohranjajo svojo obliko, so razdeljene na kristalne in amorfne. kristalno trdno snov telesa imajo kristalno mrežo, v vozliščih katere so lahko ioni, molekule ali atomi.Oscilirajo glede na stabilne ravnotežne položaje.Kristalne rešetke imajo po celotnem volumnu pravilno strukturo – »daljnosečni red« lokacije.

Amorfna telesa ohranijo svojo obliko, vendar nimajo kristalne mreže in posledično nimajo izrazitega tališča. Imenujejo se zamrznjene tekočine, saj imajo tako kot tekočine "blizu" vrstni red molekularne razporeditve.

Medsebojne sile molekul

Vse molekule snovi medsebojno delujejo s silami privlačnosti in odbijanja. Dokaz interakcije molekul: pojav močenja, odpornost proti stiskanju in raztezanju, nizka stisljivost trdnih snovi in ​​plinov itd. Razlog za interakcijo molekul je elektromagnetna interakcija nabitih delcev v snovi. Kako to razložiti? Atom je sestavljen iz pozitivno nabitega jedra in negativno nabite elektronske lupine. Naboj jedra je enak celotnemu naboju vseh elektronov, zato je atom kot celota električno nevtralen. Molekula, sestavljena iz enega ali več atomov, je tudi električno nevtralna. Razmislite o interakciji med molekulami na primeru dveh nepremičnih molekul. Med telesi v naravi lahko obstajajo gravitacijske in elektromagnetne sile. Ker so mase molekul izjemno majhne, ​​lahko zanemarimo zanemarljive sile gravitacijske interakcije med molekulami. Na zelo velikih razdaljah tudi ni elektromagnetne interakcije med molekulami. Toda z zmanjšanjem razdalje med molekulami se molekule začnejo orientirati tako, da bodo njihove strani, obrnjene druga proti drugi, imele naboje različnih znakov (na splošno ostanejo molekule nevtralne), med molekulami pa nastanejo privlačne sile. S še večjim zmanjšanjem razdalje med molekulami nastanejo odbojne sile kot posledica interakcije negativno nabitih elektronskih lupin atomov molekul. Posledično na molekulo vpliva vsota privlačnih in odbojnih sil. Na velikih razdaljah prevladuje privlačna sila (na razdalji 2-3 molekulskih premerov je privlačnost največja), na kratkih razdaljah odbojna sila. Med molekulami obstaja taka razdalja, pri kateri postanejo sile privlačnosti enake silam odbijanja. Ta položaj molekul se imenuje položaj stabilnega ravnotežja. Molekule, ki so med seboj oddaljene in povezane z elektromagnetnimi silami, imajo potencialno energijo. V položaju stabilnega ravnotežja je potencialna energija molekul minimalna. V snovi vsaka molekula deluje hkrati s številnimi sosednjimi molekulami, kar vpliva tudi na vrednost minimalne potencialne energije molekul. Poleg tega so vse molekule snovi v neprekinjenem gibanju, t.j. imajo kinetično energijo. Tako so struktura snovi in ​​njene lastnosti (trdna, tekoča in plinasta telesa) določena z razmerjem med minimalno potencialno energijo interakcije molekul in kinetično energijo toplotnega gibanja molekul.

Struktura in lastnosti trdnih, tekočih in plinastih teles

Strukturo teles razlagamo z medsebojnim delovanjem telesnih delcev in naravo njihovega toplotnega gibanja.

Trdno

Trdne snovi imajo konstantno obliko in prostornino ter so praktično nestisljive. Najmanjša potencialna energija interakcije molekul je večja od kinetične energije molekul. Močna interakcija delcev. Toplotno gibanje molekul v trdni snovi se izrazi le z nihanji delcev (atomov, molekul) okoli položaja stabilnega ravnotežja.

Zaradi velikih privlačnih sil molekule praktično ne morejo spremeniti svojega položaja v snovi, kar pojasnjuje nespremenljivost volumna in oblike trdnih snovi. Večina trdnih snovi ima prostorsko urejeno razporeditev delcev, ki tvorijo pravilno kristalno mrežo. Delci snovi (atomi, molekule, ioni) se nahajajo na vozliščih - vozliščih kristalne mreže. Vozlišča kristalne mreže sovpadajo s položajem stabilnega ravnotežja delcev. Takšne trdne snovi imenujemo kristalne.

Tekočina

Tekočine imajo določeno prostornino, vendar nimajo svoje oblike, prevzamejo obliko posode, v kateri se nahajajo. Najmanjša potencialna energija interakcije molekul je primerljiva s kinetično energijo molekul. Šibka interakcija delcev. Toplotno gibanje molekul v tekočini je izraženo z nihanji okoli položaja stabilnega ravnotežja v prostornini, ki jo molekuli zagotavljajo njeni sosedje. Molekule se ne morejo prosto gibati po celotnem volumnu snovi, možni pa so prehodi molekul na sosednja mesta. To pojasnjuje pretočnost tekočine, sposobnost spreminjanja njene oblike.

V tekočinah so molekule med seboj precej močno vezane s privlačnimi silami, kar pojasnjuje nespremenljivost volumna tekočine. V tekočini je razdalja med molekulami približno enaka premeru molekule. Z zmanjšanjem razdalje med molekulami (stiskanje tekočine) se odbojne sile močno povečajo, zato so tekočine nestisljive. Tekočine po svoji strukturi in naravi toplotnega gibanja zasedajo vmesni položaj med trdnimi snovmi in plini. Čeprav je razlika med tekočino in plinom veliko večja kot med tekočino in trdno snovjo. Na primer, med taljenjem ali kristalizacijo se volumen telesa spremeni večkrat manj kot pri izhlapevanju ali kondenzaciji.

Plini nimajo stalne prostornine in zasedajo celotno prostornino posode, v kateri se nahajajo. Najmanjša potencialna energija interakcije molekul je manjša od kinetične energije molekul. Delci snovi praktično ne medsebojno delujejo. Za pline je značilna popolna motnja v razporeditvi in ​​gibanju molekul.

Razdalja med molekulami plina je večkrat večja od velikosti molekul. Majhne privlačne sile ne morejo zadržati molekul drug drugemu, zato se lahko plini širijo neomejeno. Plini se zlahka stisnejo pod delovanjem zunanjega tlaka, ker. razdalje med molekulami so velike, medsebojne sile pa zanemarljive. Tlak plina na stene posode nastane zaradi udarcev gibljivih plinskih molekul.