Агрегатные состояния вещества

1. Чему учит нас сказка?

Вспом­ним за­ме­ча­тель­ную дет­скую сказ­ку о Сне­гу­роч­ке. Когда Сне­гу­роч­ка прыг­ну­ла через ко­стер, она рас­та­я­ла. Ле­дя­ная внуч­ка пре­вра­ти­лась в лу­жи­цу воды, и эта вода очень быст­ро ис­па­ри­лась.

В этом фраг­мен­те сказ­ки идет речь о трех со­сто­я­ни­ях ве­ще­ства: твер­дом, жид­ком и га­зо­об­раз­ном.

Рис. 1. Три со­сто­я­ния ве­ще­ства

2. Отличительные признаки твердых тел, жидкостей и газов

Каж­дый знает, что из­ме­нить форму твер­до­го тела до­ста­точ­но труд­но, будь то ме­тал­ли­че­ское тело, пласт­мас­са или даже пла­сти­лин. Даже для из­ме­не­ния формы пла­сти­ли­на нам все равно при­хо­дит­ся при­кла­ды­вать опре­де­лен­ное уси­лие. Можно ска­зать, что твер­дые тела со­хра­ня­ют свою форму и объем.

Рис. 2. От­ли­чи­тель­ные при­зна­ки твер­дых тел

А что можно ска­зать о форме и объ­е­ме жид­ко­стей? Жид­кость, ко­то­рую мы на­ли­ли в один из со­су­дов, при­ня­ла форму этого со­су­да. Если пе­ре­лить ее в сосуд дру­гой формы, то жид­кость при­мет форму дру­го­го со­су­да. Вся­кий раз жид­кость при­ни­ма­ет форму того со­су­да, куда ее на­ли­ва­ют. Можно сде­лать вывод: жид­кость может из­ме­нять свою форму, но ее объем со­хра­ня­ет­ся преж­ним.

Рис. 3. От­ли­чи­тель­ные при­зна­ки жид­ко­стей

Со­вер­шен­но по-ино­му ведет себя газ. И форму, и объем тел, со­сто­я­щих из газа, из­ме­нить очень легко. Газ не об­ла­да­ет ни соб­ствен­ной фор­мой, ни соб­ствен­ным объ­е­мом.

Он при­ни­ма­ет форму того со­су­да, в ко­то­рый его по­ме­сти­ли, и за­ни­ма­ет весь предо­став­лен­ный ему объем. 

Рис. 4. От­ли­чи­тель­ные при­зна­ки газов

3. Молекулярное строение твердых тел

В чем при­чи­на столь раз­но­го по­ве­де­ния твер­дых, жид­ких тел и газов? При­чи­на кро­ет­ся в мо­ле­ку­ляр­ном стро­е­нии ве­ще­ства, а имен­но в рас­по­ло­же­нии, дви­же­нии и вза­и­мо­дей­ствии мо­ле­кул, из ко­то­ро­го ве­ще­ство со­сто­ит.

Мо­ле­ку­лы твер­до­го тела упа­ко­ва­ны очень близ­ко друг к другу. Их рас­по­ло­же­ние носит стро­го по­вто­ря­ю­щий­ся ха­рак­тер. Из-за того, что мо­ле­ку­лы твер­до­го тела рас­по­ло­же­ны очень близ­ко друг к другу, силы вза­им­но­го при­тя­же­ния и от­тал­ки­ва­ния между ними очень ве­ли­ки. Имен­но по­это­му из­ме­нить форму и объем твер­до­го тела очень труд­но. Вза­и­мо­дей­стви­ем мо­ле­кул объ­яс­ня­ет­ся и ха­рак­тер их дви­же­ния. Они не могут пе­ре­ме­щать­ся по всему твер­до­му телу, а лишь ко­леб­лют­ся каж­дая во­круг сво­е­го по­ло­же­ния рав­но­ве­сия. Мо­ле­ку­лы твер­до­го тела ко­леб­лют­ся ха­о­тич­но, пы­та­ясь сдви­нуть­ся то в одну, то в дру­гую сто­ро­ну, но везде рядом с ними рас­по­ло­же­ны точно такие же мо­ле­ку­лы. Они от­тал­ки­ва­ют мо­ле­ку­лу к по­ло­же­нию ее рав­но­ве­сия.

Рис. 5. Рас­по­ло­же­ние мо­ле­кул твер­до­го тела

4. Молекулярное строение жидкостей

Мо­ле­ку­лы в жид­ко­стях тоже рас­по­ло­же­ны до­ста­точ­но плот­но друг к другу, но в их рас­по­ло­же­нии уже нет та­ко­го стро­го­го по­ряд­ка, как у мо­ле­кул твер­до­го тела. Мо­ле­ку­лы жид­ко­стей рас­по­ло­же­ны ха­о­тич­но. Их дви­же­ние срав­ни­мо с пе­ре­ско­ком.

Они слов­но пе­ре­пры­ги­ва­ют от од­но­го по­ло­же­ния рав­но­ве­сия к дру­го­му, ме­ня­ясь ме­ста­ми. А между этими пе­ре­ско­ка­ми они ха­о­тич­но ко­леб­лют­ся во­круг своих вре­мен­ных по­ло­же­ний рав­но­ве­сия.

Рис. 6. Рас­по­ло­же­ние мо­ле­кул жид­ко­сти

Имен­но то, что мо­ле­ку­лы жид­ко­стей плот­но упа­ко­ва­ны, при­во­дит к пло­хой сжи­ма­е­мо­сти жид­ко­стей. А свою форму жид­кость ме­ня­ет очень легко, так как мо­ле­ку­лы легко сме­ща­ют­ся по от­но­ше­нию друг к другу.

Ока­зы­ва­ет­ся, обыч­ное стек­ло – это чрез­вы­чай­но гу­стая жид­кость. Такие ве­ще­ства на­зы­ва­ют аморф­ны­ми (то есть ли­шен­ны­ми формы), по­сколь­ку даже при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре мо­ле­ку­лы стек­ла не рас­по­ла­га­ют­ся упо­ря­до­чен­но. Разо­гре­тое стек­ло ста­но­вит­ся те­ку­чим, так как с ро­стом тем­пе­ра­ту­ры об­лег­ча­ют­ся пе­ре­ско­ки мо­ле­кул между вре­мен­ны­ми по­ло­же­ни­я­ми рав­но­ве­сия. Этим поль­зу­ют­ся ма­сте­ра сте­коль­но­го дела, из­го­тав­ли­вая из стек­ла пред­ме­ты самой раз­но­об­раз­ной формы.

Рис. 7. Те­ку­честь разо­гре­то­го стек­ла поз­во­ля­ет из­го­тав­ли­вать из него пред­ме­ты раз­лич­ной формы

5. Молекулярное строение газов

Мо­ле­ку­лы га­зо­об­раз­ных ве­ществ рас­по­ло­же­ны уже на зна­чи­тель­ных рас­сто­я­ни­ях друг от друга. Так, рас­сто­я­ния между мо­ле­ку­ла­ми воз­ду­ха, ко­то­рым мы с вами дышим, в сред­нем в 10–20 раз боль­ше, чем раз­ме­ры самих мо­ле­кул. Такое уда­ле­ние мо­ле­кул друг от друга до­ста­точ­но для того, чтобы силы при­тя­же­ния и от­тал­ки­ва­ния между мо­ле­ку­ла­ми ослаб­ли. По­это­му мо­ле­ку­лы газа могут сво­бод­но пе­ре­дви­гать­ся по всему предо­став­лен­но­му им объ­е­му. Имен­но в этом за­клю­ча­ет­ся при­чи­на того, что газы не со­хра­ня­ют ни форму, ни объем.

Рис. 8. Рас­по­ло­же­ние мо­ле­кул газа

6. Заключение

Итак, при­чи­на того, что ве­ще­ство может на­хо­дить­ся в твер­дом, жид­ком и га­зо­об­раз­ном со­сто­я­ни­ях, – раз­лич­ное вза­им­ное рас­по­ло­же­ние, дви­же­ние и вза­и­мо­дей­ствие его мо­ле­кул.