Артыкул пра фазы рэчыва (на аснове мікраскапічных уласцівасцей)
У паўсядзённым жыцці мы часта сутыкаемся з трыма рознымі фазамі рэчыва. Існуюць цвёрдыя рэчывы (напрыклад, камяні, жалеза і г.д.), вадкія (вада, бензін і г.д.) і газападобныя рэчывы (паветра і г.д.). Трохфазныя станы гэтых рэчываў можна адрозніць на аснове іх здольнасці захоўваць сваю форму і памер.
Цвёрдыя целы звычайна захоўваюць фіксаваную форму і аб'ём. Вадкасць не захоўвае пэўнай формы, а падладжваецца пад ёмістасць, у якой яна знаходзіцца. Напрыклад, калі мы наліем ваду ў шклянку, форма зменіцца, як шклянка. Калі ваду наліць у ванну, форма зменіцца, як ванна. Аб'ём вадкасці звычайна заўсёды фіксаваны. Калі шклянку вады змясціць у ванну, колькасць вады застаецца ў шклянцы. Форма вады можа змяняцца, але памер ніколі не змяняецца. Майце на ўвазе, што колькасць цвёрдых цел і вадкасцей можа змяніцца, калі на іх прыкласці дастатковую сілу.
А як наконт газу? Газ не мае фіксаванай формы і аб'ёму. Форма і памер газу заўсёды залежаць ад формы і памеру ёмістасці, якую ён займае. Напрыклад, калі мы напампоўваем газ у шыну аўтамабіля, змяненне газу падобна да змены шыны ў транспартным сродку. Аналагічна і аб'ёму. Калі газ знаходзіцца ў корпусе, ён распаўсюджваецца, запаўняючы ўсю прастору шыны. У гэтым выпадку колькасць газу змяняецца падобна аб'ёму шыны. Калі мы надзьмем паветраны шар (напампоўваем паветра ў паветраны шар), форма і аб'ём паветра зменяцца, як і форма і аб'ём паветранага шара.
Да гэтага часу мы адрознівалі тры формы матэрыі толькі на аснове іх макраскапічных уласцівасцей (макраскапічныя ўласцівасці = форма і памер рэчыва). Вядома, гэта заснавана на выніках нашых штодзённых вымярэнняў і назіранняў. Мы ўбачым розніцу паміж трыма формамі матэрыі на аснове іх мікраскапічных уласцівасцей. Кожнае рэчыва складаецца з атамаў або малекул. Калі мы кажам, што парода стабільная, мы ніколі не ведаем, што адбываецца з атамамі або малекуламі, якія знаходзяцца ўнутры падмурка, так што камень становіцца цвёрдым. Гэтак жа і з вадой. Што не так з атамамі або малекуламі, якія ўтвараюць басейны, так што фаза вады вадкая, а атмасфера не бачная.
Формы рэчываў на аснове мікраскапічных уласцівасцей
Перш чым абмяркоўваць адрозненні паміж цвёрдымі, вадкімі і газападобнымі рэчывамі на аснове іх мікраскапічных уласцівасцей, давайце разгледзім адзін аб'ект. Напрыклад, камяні. Калі мы ўважліва паглядзім на пясок, мы ўбачым, што кожная частка каменя трымаецца разам. Нават калі яго б'юць нагамі і кідаюць, яго форма і памер ніколі не мяняюцца. Звычайна ўсе элементы горнай пароды заўсёды знаходзяцца ў адным цэле. Чаму так? Давайце на хвілінку падумаем.
Унутры каменя знаходзяцца атамы або малекулы. Цяпер уявіце сабе камень. Паспрабуйце ўявіць, што пясок складаецца з дробных кавалачкаў. Для больш падрабязнай інфармацыі, кавалкі каменя становяцца ўсё меншымі і меншымі. Уявіце сабе атамы як мінімальны шарык. Замест гэтага малекулы складаюцца з некалькіх шарыкаў, якія зліпаюцца разам.
У горнай пародзе так шмат малекул або атамаў, якія мінімальныя. Ці можаце вы ўявіць сабе атамы ў камені?
Дыяметр аднаго атама складае каля 10⁻⁹ м . Калі ўявіць атам як шар, то дыяметр шара складае 10⁻⁹ метраў . Мінімальны і неўбачлівы вачыма... Толькі ўяўны. Малекулы — гэта атамы, якія зліпаюцца разам, таму памер малекулы больш значны, чым атама. Але таксама неўбачлівы вачыма.
Калі атамы ці малекулы не злучаюцца ў адзінае цэлае, вядома, усе часткі каменя не зліпаюцца. Кожны кавалак пароды зліпаецца, таму форма пароды становіцца цвёрдай. Чаму атамы ці малекулы не разлучаюцца?
Сапраўды, атамы або малекулы прыцягваюцца адзін да аднаго. Калі атамы або малекулы не прыцягваюцца разам, вядома, яны разлятаюцца паўсюль. Кожны атам або малекула развітаецца з сябрам. Такім чынам, кавалкі каменя будуць раскіданыя паўсюль. Кавалкі пароды таксама будуць раскіданыя, і мы, нарэшце, не зможам іх убачыць. Кавалкі каменя таксама складаюцца з атамаў або малекул. Памер атамаў вельмі малы, таму, калі б яны былі асобнымі, вядома, мы б не змаглі іх убачыць... Але рэальнасць не такая.
Камень выглядае цвёрдым, кожная частка каменя склейваецца. Такім чынам, можна зрабіць выснову, што атамы або малекулы, якія ўтвараюць цвёрдыя аб'екты, павінны прыцягвацца адзін да аднаго.
Сіла прыцягнення паміж атамамі або малекуламі — гэта электрамагнітная сіла. Наяўнасць сіл прыцягнення прымушае атамы або малекулы збліжацца. Калі вы хочаце сутыкнуцца, электроны ў самай вонкавай частцы атама або малекулы адштурхоўваюцца адзін ад аднаго (электрычнае адштурхванне). Адлегласць прымушае атамы і малекулы рухацца назад. Нягледзячы на тое, што атамы або малекулы рухаюцца назад, але з-за таго, што існуе прыцягненне, яны зноў набліжаюцца адзін да аднаго. Атамы або малекулы рухаюцца туды-сюды (вібруюць), захоўваючы мінімальную адлегласць.
Розніца паміж цвёрдымі целамі, вадкасцямі і газамі, заснаваная на рэальных мікраскапічных уласцівасцях, заключаецца ў сіле і слабасці прыцягнення паміж атамамі або малекуламі трох рэчываў.
Цвёрды
У цвёрдых целах сілы прыцягнення паміж атамамі або малекуламі настолькі моцныя, што атамы або малекулы, якія ўтвараюць цвёрдыя целы, заўсёды знаходзяцца ў фіксаваным становішчы. Атамы або малекулы ў цвёрдых целах рухаюцца туды-сюды (вібруюць), але яны ўсё роўна вібруюць у адным і тым жа месцы.
Сіла прыцягнення паміж атамамі або малекуламі гэтых цвёрдых цел з'яўляецца прычынай таго, што форма і аб'ём цвёрдага цела заўсёды фіксаваныя. Нават калі кінуць або ўдарыць, форму каменя або жалеза цяжка змяніць, таму што сіла прыцягнення паміж атамамі або малекуламі вялікая. Калі вы кладзеце камяні або метал у вядро або ванну, аб'ём пароды або металу ніколі не змяняецца. Такім чынам, моцнае прыцягненне паміж атамамі або малекуламі, якія складаюць гэтыя цвёрдыя целы, прымушае іх заставацца ў адным цэле, і іх форма выглядае цвёрдай.
Размяшчэнне атамаў або малекул, якія ўтвараюць цвёрдыя целы, падобна на малюнак (таксама вядомы як крышталічная рашотка). Гэты малюнак павялічаны. Атамы або малекулы вельмі маленькія.
Вадкасць
У вадкасцях сіла прыцягнення паміж атамамі або малекуламі меншая, таму яны могуць цалкам свабодна рухацца туды-сюды, перакрываючы адзін аднаго. Атамы або малекулы, якія ствараюць вадкасць, сапраўды могуць свабодна рухацца, але яны не могуць развітацца са сваімі сябрамі. Сіла прыцягнення ўсё яшчэ можа перашкаджаць ім рассейвацца.
Прычына ў тым, што форма вадкасці можа змяняцца, але аб'ём заўсёды фіксаваны. Калі мы наліваем ваду ў шклянку, сіла прыцягнення паміж атамамі або малекуламі недастаткова моцная, каб форма вады змянялася, як форма шклянкі. Калі мы наліваем ваду ў ванну, меншая сіла прыцягнення паміж атамамі або малекуламі прымушае ваду падладжваць сваю форму пад форму ванны. Аб'ём вадкасці заўсёды фіксаваны, таму што сіла прыцягнення паміж атамамі або малекуламі ўсё яшчэ можа ўтрымліваць іх разам. Атамы або малекулы, якія ствараюць ваду, не рассейваюцца, таму аб'ём заўсёды фіксаваны.
Палажэнне атама або малекулы, якія складаюць вадкасць, як на малюнку (стрэлка паказвае кірунак руху).
Газ
У газападобных рэчывах прыцягненне паміж атамамі або малекуламі слабае. Яны свабодна рухаюцца, таму што паміж імі няма сувязі. Далікатнае прыцягненне робіць атамы або малекулы, якія ўтвараюць газападобнае рэчыва, раскіданымі паўсюль. Атамы, якія ўтвараюць газападобнае рэчыва, больш свабодныя, чым атамы, якія ўтвараюць цвёрдыя або вадкія рэчывы.
Размяшчэнне атамаў або малекул, якія ўтвараюць газ, паказана на малюнку.
Далікатнае прыцягненне — гэта прычына, па якой форма і аб'ём газападобнага рэчыва могуць змяняцца, і чаму вока не можа бачыць паветра. Памер атамаў або малекул настолькі малы, што калі яны раскіданыя паўсюль, то мы не можам іх убачыць. Памер пяску або цукру значна большы за памер атамаў або малекул, таму нават калі яны раскіданыя, пясчынкі ўсё роўна можна ўбачыць вачыма, хоць гэта і даволі складана.
Цвёрдыя або вадкія рэчывы можна ўбачыць, таму што атамы або малекулы не рассейваюцца. Сіла прыцягнення ў цвёрдых і газападобных рэчывах усё яшчэ можа ўтрымліваць іх разам. Сіла прыцягнення газападобнага рэчыва слабая, таму яно не можа ўтрымліваць атамы або малекулы разам. Гэта невялікае прыцягненне таксама з'яўляецца прычынай таго, што газападобныя і вадкія рэчывы могуць цячы.
