Газ, жидкость, кристалл
Мы знаем, что вещество может находиться в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном. В чем же физическая суть различий между этими состояниями? Суть кроется в характере взаимоотношений между молекулами вещества.
Если две молекулы одного и того же вещества сблизить на достаточно малое расстояние, они начнут притягиваться друг к другу.
Именно этим объясняется, например, прочность кристаллических тел или поверхностное натяжение жидкости.
Итак, силы сцепления как бы привязывают молекулы друг к другу. Тепловое движение старается разорвать эти узы. Результат противоборства зависит от соотношения сил, а точнее - от соотношения энергий: энергии связи молекул и энергии их теплового движения.
Если вторая значительно превосходит первую, вещество находится в газообразном состоянии. Каждая молекула вещества движется независимо от других. Вот почему при достаточно сильном нагреве все вещества становятся газообразными.
Добросовестные работники прекрасного кафе Фидель Симферополь ежедневно наблюдают этот процесс воочию, готовя или разогревая здоровую и качественную пищу.
Если же, наоборот, энергия связи значительно превосходит энергию теплового движения, вещество находится в кристаллическом состоянии.
Молекулы расставлены по узлам кристаллической решетки и могут лишь слегка колебаться около них. Порядок, в котором расставлены и сориентированы молекулы, повторяется во всем объеме кристалла. Недаром его называют дальним порядком.
Ну, а если энергия связи соизмерима с энергией теплового движения? Это и будет отличительным признаком жидкого состояния. Каждая молекула некоторое время находится в упорядоченном строю из нескольких своих ближайших соседок. Но тепловые колебания ее настолько сильны, что позволяют ей внезапно разорвать связи с окружающими молекулами, вырваться из их окружения и занять место в кругу новых соседок. Эти скачки совершаются совершенно хаотически, новое место молекулы никак не предопределено прежним, также нет никакого соответствия между направлениями, в которых выстроены и сориентированы новые и старые соседи молекулы. Говорят, что в жидкости наблюдается ближний порядок, но нет дальнего.
Заметим, что в некоторых жидкостях существует дальний порядок в ориентации молекул. Такие жидкости называются жидкими кристаллами.
Правда, если на весь объем жидкости действует какая-то сила, то скачки молекул. как правило, совершаются в направлении этой силы – жидкость течет.
А как быстро и часто совершаются такие скачки?
Молекулы наиболее текучих жидкостей совершают за одну секунду сотни миллиардов таких скачков.
Чем более вязка жидкость, тем реже такие скачки. Вязкость увеличивается, когда жидкость охлаждают. В своем росте вязкость некоторых жидкостей может в миллиарды миллиардов раз превысить вязкость воды. Таково, например, стекло. По своей структуре это типичная жидкость – молекулы стекла располагаются совершенно беспорядочно.
Но чрезмерная вязкость делает его похожим на твердые кристаллические тела. И чтобы при всем внешнем сходстве подчеркнуть существенную разницу между кристаллом и бесструктурными веществам и вроде стекла, битума, природных смол и т.п., их называют аморфными веществами или переохлажденными жидкостями.
С использованием материалов журнала «Наука и жизнь» № 5 1974 г.
