MBOU "Muževskaja střední škola pojmenovaná po. N.V.Arkhangelsky"

na toto téma:

„Struktura plynných, kapalných a pevných těles“ v 10. ročníku.

Práci dokončil učitel fyziky

Losčakov Vjačeslav Viktorovič

akademický rok 2014-2015

Lekce "Struktura plynných, kapalných a pevných těles"

Účel lekce: vysvětlit strukturální rysy založené na MCTtel různé státy, otevřete myslstudenti na tuto problematiku, ukazují nerozlučnou souvislost studovaného materiáluchemie, matematika,podporovat rozvoj zájmu o předmět,rozvíjet pozornost, tvrdou práci, touhu poznalost okolního světa.

Cíle lekce:

Vzdělávací:

Přispět k získání znalostí na téma „Struktura plynných, kapalných a pevných těles“;

Stanovte povahu závislosti přitažlivých a odpudivých sil na vzdálenosti mezi molekulami;

Naučte se řešit problémy s kvalitou.

Vzdělávací:

Rozvíjet:

pozorování, samostatnost;

logické myšlení

schopnost aplikovat teoretické znalosti v praxi;

podporovat rozvoj řeči a myšlení

Vzdělávací:

Utváření představ o jednotě a propojení přírodních jevů.

Vytvořte si pozitivní vztah k předmětu

Typ lekce: Lekce učení nového materiálu.

Formát lekce: kombinovaný

Vybavení a materiály: , počítač, plátno, multimediální projektor,demonstrační materiál: kousek ledu, různé baňkyformy s vodou, rychlovarná konvice s horkou vodou, plastová láhev s vodou, baňky různých tvarů, injekční stříkačka, modely křišťálových mřížek, rozličný materiály (ocel, litina, měď, hliník,plasty, pryskyřice, slunečnicový olej atd.), balónky, pumpa.

Během vyučování

Organizační část .

Učitel: Ahoj. V roce 1836 napsal ruský básník Fjodor Ivanovič Tyutchev takové srdečné řádky(Snímek 1)

Ne to, co si myslíš, příroda:
Ne obsazení, ne bezduchá tvář -
Má duši, má svobodu,
Má to lásku, má to jazyk.

2) Stanovení cílů a cílů pro lekci.

Atomy a molekuly lze uspořádatv prostoru v nejroztodivnějším řádu, skládat různé látky, které se vlivem vnějších podmínek (teplota, tlak) mohou nacházet v různém stavu agregace. (Snímek 2)

Učitel: Kdo pojmenuje tyto státy?

Odpovědět: pevné, kapalné, plynné.

Učitel: správně a je tu ještě jeden, čtvrtý stav hmoty – plazma, ale o tom si povíme v jiných lekcích.

A dnes se podíváme na strukturu plynných, kapalných a pevné látky. Otevřete sešity a zapište si téma lekce:

“Struktura plynných, kapalných a pevných těles.“(Snímek 3)

Na lavicích máte vzorovou tabulku, nakreslete si ji do sešitu, během hodiny ji vyplníme.(Snímek 4)

Stát

látek

vzdálenost

mezi

částice

hnutí

interakce

energie

vlastnosti

plynný

kapalina

tvrdý

Jako příklad uveďme nejběžnější látku na Zemi – vodu.(Snímek 5)

Jaký je chemický vzorec pro vodu?

Student: H20.

Učitel: správně, N 2 O – jeden atom kyslíku a dva atomy vodíku.

Víme, že voda může být různá: pevná - led (demonstruje kus ledu), kapalná - voda ve sklenici,plynný - pára (nalévá horkou vodu z konvice).

(Snímek 5)

Liší se molekuly ledu a páry od molekul vody?

Student: Ne.

Molekuly páry a ledu se také skládají z jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku (Snímek 6)

Učitel: Položme si otázku: proč je látka v jednom případě plynná, v jiném kapalná a ve třetím pevná?

3) Fáze vysvětlování nového materiálu

Hledání odpovědi na tuto otázku umožňuje molekulární kinetická teorie.

Připomeňme hlavní ustanovení ICT, kterábyly poprvé formulovány velkým ruským vědcem M. V. Lomonosovem.

Student :

všechny látky jsou tvořeny částicemi;

tyto částice se pohybují náhodně;

částice na sebe vzájemně působí.

Učitel:

Vzhledem k tomu, že složení vody, ledu a páry je stejné, potom samozřejmě stav látky závisí na tom, jak se částice pohybují a jak na sebe vzájemně působí.

Pokud si představíte v nejobecnějších pojmech strukturu plynů, kapalin a pevných látek, můžete si nakreslit následující obrázek(zobrazuje tabulku znázorňující molekuly páry, vody, ledu).

Učitel: Co můžeme říci o relativní pozicečástice v těchto třech stavech?

Student : *V plynech jsou částice umístěny daleko od sebe, náhodně. *V kapalinách jsou částice umístěny téměř těsně, v uspořádání není žádný řád.

*V pevných látkách jsou molekuly umístěny blízko a v určitém pořadí.

Učitel: Že jo. V plynech je vzdálenost mezi částicemi v průměru mnohonásobně větší než velikost samotných částic. Stlačování vzduchu dokazuje existenci velkých vzdáleností mezi molekulami.

Rychlé šíření pachů dokazuje, že molekuly plynu se pohybují vysokou rychlostí, náhodně. Částice plynu, jako běžci - sprinteři, se rychle řítí vesmírem

Částice na sebe narážejí a rozptylují se různými směry jako kulečníkové koule. Slabé síly atrakce v plynech nejsou schopny udržet částice blízko sebe. Plyny se proto mohou neomezeně rozpínat.

Dovolte mi připomenout, že pohybující se těleso má kinetickou energii „E Na " Energie interakce se nazývá potenciál "E" P".

Závěr: látka je v plynném stavu, je-li energie pohybu mnohonásobně větší než energie interakce.

Učitel: vyplňte tabulku v 1 řádku

Stát

látek

Struktura

Hnutí

Interakce

Energie

Vlastnosti

plynný

l>>r 0 .

neuspořádaně

chaotický,

υ » 100 m/s

Elastická kolize

F interakce jsou malé

Snadno komprimované.

Neomezené rozšíření.

Neudrží tvar ani objem

l ≈ r 0 .

Uzavřít objednávku

Oscilační se skoky,

Přitažlivost a odpor na dálku,

F interakce jsou poměrně velké

E p › E k

Špatná komprese Zachování objemu

Tekutý, snadno měnitelný tvar

l ≈ r 0

řád na dlouhé vzdálenosti (krystalová mřížka)

Oscilační kolem OPR

Přitažlivost a odpudivost

F interakce jsou velké

Udržujte objem a tvar

Špatná komprese

Špatné protažení

Učitel: Zapište si to do sešitu (SNÍMEK 7)

Snadno komprimované.

Lze neomezeně rozšiřovat.

Nezachovávají si tvar ani objem.

(Studenti si zapisují do sešitů.)

Učitel: Přejděme k tekutinám.

Student : *V kapalinách jsou částice umístěny téměř těsně, v uspořádání není žádný řád.

Učitel: Naprosto správně.

Molekuly kapaliny jsou umístěny přímo vedle sebe. l ≈ r 0 . To vysvětluje nízkou stlačitelnost kapalin. Při pokusu o změnu objemu kapaliny (i o malé množství) jsou odpudivé síly velmi velké.

Jsou sevřeny jinými molekulami a zdá se, že „běží na místě“ (kmitají kolem rovnovážné polohy a srážejí se se sousedními molekulami). Jen čas od času molekula udělá „skok“, ale okamžitě skončí v nové „kleci“ tvořené novými sousedy. Neexistuje žádný volný pohyb částic, vždy existuje interakce s několika blízkými částicemi najednou. Potenciální energie interakce je větší než kinetická energie pohybu.

Charakter molekulární pohyb v kapalinách, který poprvé stanovil sovětský fyzik Jakov Iljič Frenkel (portrét vědce na straně 158 učebnice), nám umožňuje pochopit základní vlastnosti kapalin.

Učitel: Zapisujeme si hlavní závěry o kapalinách (Snímek 9)

Zachovejte jejich objem

Tekutý, snadno měnitelný tvar

Vezměte tvar nádoby

Špatná komprese

Učitel: Pevné látky.

Student : *V pevných látkách jsou molekuly umístěny blízko a v určitém pořadí.

Učitel: Ano. l ≈ r 0 . Atomy nebo molekuly pevných látek, na rozdíl od atomů nebo molekul kapalin, vždy vibrují kolem určitých rovnovážných poloh. To se vysvětluje interakcí částic. Každá částice je ovlivněna větší čísločástic než v případě kapaliny, její poloha je stabilnější, protože vzniká řád na velké vzdálenosti. Pokud tyto polohy spojíte, získáte prostorovou mřížku, nazývá se krystalická.

Na straně 159 učebnice, Obr. Obrázky 8.9 a 8.10 ukazují krystalové mřížky kuchyňské soli a diamantu.(Snímek 10)

Vnitřní řád v uspořádání atomů v krystalech vede k pravidelným vnějším geometrickým tvarům.Pevné látky si zachovávají nejen objem, ale i tvar.

Dochází k přitahování a odpuzování částic, potenciální interakční energie částic je mnohem větší než jejich kinetická energie (větší než u kapalin).

Diamant a grafit jsou atomy stejného prvku uhlíku, ale jsou uspořádány v různých řádech a mají různé krystalové mřížky.

Diamant je nejtvrdší mezi minerály, je králem všech kamenů. Je silnější než všechny látky na světě, je to světlo slunce, zhuštěné v zemi a ochlazené časem. Hraje všemi barvami, ale sám zůstává průhledný, jako kapka vody. Díky své výjimečné tvrdosti hraje diamant obrovskou roli v technologii. Diamantové pily se používají k řezání kamenů a diamantové vrtáky se používají k průzkumu nerostů. Přeskreslení diamantů nakreslete vlákna látky padáku, pomocí diamantů vytvořte tenký drát z tvrdého kovy

Přírodní diamant je vzácný, proto se získáváuměle.

Grafit je úplně jiný než diamant. Tvrdost grafitutak bezvýznamné, že snadno zanechá stopu na papíře. Zjsou z něj vyrobeny tužky.

Rozvíjení problému syntézy diamantu z grafituvýzkumníci si všimli materiálu velmi podobného vstrukturou s grafitem - dusitanem boritým - a gotdiamantu podobný materiál bornitrit (borazon). Ukázalo se, že jeještě tvrdší než diamant a tepelně odolnější (vypalování diamantůpři teplotě 627 °C a borazon - při 2000 °C). Borazonnašel široké uplatnění v technice. K tomu vedla vědavytváření nového materiálu.

Zapisujeme si do sešitu:

(Snímek 11)

Udržujte objem a tvar

Špatná komprese

Špatné protažení

Učitel: Nastal čas odpovědět na otázku položenou na začátku lekce: co určuje, že stejná látka může být v různých stavech agregace?

Student odpovídá: Ze vzdálenosti mezi částicemi, z interakčních sil, tedy z toho, jak jsou molekuly umístěny, jak se pohybují a jak na sebe vzájemně působí. (Snímek 14)

4) Fáze konsolidace pokrytého materiálu. Hra "Co je to za stav?"(SNÍMKY 12-30)

Hodnocení „5“ je uděleno žákovi, který získal nejvíce bodů.

Učitel zapisuje známky do deníku.

5) Domácí práce: § 60, odpovězte na otázky za odstavcem(Snímek 32)

6) Závěr

Učitel : Hádanky můžete řešit navždy.
Vesmír je nekonečný.
Díky nám všem za lekci,
A hlavní je, že bude sloužit pro budoucí použití!

7) Shrnutí lekce.

Co nového jste se v lekci naučili?

Student: Znalost struktury hmoty je nezbytná pro pochopení všech fyzikálních jevů v přírodě.

Veškerá neživá hmota se skládá z částic, které se mohou chovat odlišně. Struktura plynných, kapalných a pevných těles má své vlastní charakteristiky. Částice v pevných látkách jsou drženy pohromadě tím, že jsou velmi blízko u sebe, což je činí velmi silnými. Kromě toho si mohou zachovat určitý tvar, protože jejich nejmenší částice se prakticky nepohybují, ale pouze vibrují. Molekuly v kapalinách jsou docela blízko u sebe, ale mohou se volně pohybovat, takže nemají svůj vlastní tvar. Částice v plynech se pohybují velmi rychle a kolem nich je obvykle hodně místa, což znamená, že je lze snadno stlačit.

Vlastnosti a struktura pevných látek

Jaká je struktura a strukturální vlastnosti pevných látek? Skládají se z částic, které jsou umístěny velmi blízko sebe. Nemohou se pohybovat, a proto jejich tvar zůstává neměnný. Jaké jsou vlastnosti pevné látky? Nestlačuje se, ale je-li zahřátý, jeho objem se s rostoucí teplotou zvětšuje. K tomu dochází, protože částice začnou vibrovat a pohybovat se, což způsobí snížení hustoty.

Jednou z charakteristik pevných látek je, že mají konstantní tvar. Když se pevná látka zahřeje, průměrná rychlost částic se zvýší. Rychleji se pohybující částice narážejí prudčeji, což způsobuje, že každá částice tlačí na své sousedy. Zvýšení teploty má proto obvykle za následek zvýšení tělesné síly.

Krystalová struktura pevných látek

Intermolekulární síly interakce mezi sousedními molekulami pevné látky jsou dostatečně silné, aby je udržely v pevné poloze. Pokud jsou tyto nejmenší částice ve vysoce uspořádané konfiguraci, pak se takové struktury obvykle nazývají krystalické. Otázkami vnitřního řádu částic (atomů, iontů, molekul) prvku nebo sloučeniny se zabývá speciální věda - krystalografie.

Chemická struktura pevných látek je také zvláště zajímavá. Studiem chování částic a jejich struktury mohou chemici vysvětlit a předpovědět, jak se budou určité typy materiálů chovat za určitých podmínek. Nejmenší částice pevné látky jsou uspořádány v mřížce. Jedná se o tzv. pravidelné uspořádání částic, kde různé chemické vazby mezi nimi.

Pásová teorie struktury pevného tělesa považuje pevnou látku za soubor atomů, z nichž každý se skládá z jádra a elektronů. V krystalické struktuře jsou jádra atomů umístěna v uzlech krystalové mřížky, která se vyznačuje určitou prostorovou periodicitou.

Jaká je struktura kapaliny?

Struktura pevných látek a kapalin je podobná v tom, že částice, ze kterých se skládají, jsou umístěny v těsné blízkosti. Rozdíl je v molekulách tekutá látka volně se pohybovat, protože síla přitažlivosti mezi nimi je mnohem slabší než v pevném tělese.

Jaké vlastnosti má kapalina? První je tekutost a druhá je, že kapalina bude mít tvar nádoby, ve které je umístěna. Pokud ji zahřejete, zvýší se hlasitost. Kvůli blízké umístěníčástice k sobě kapalinu nelze stlačit.

Jaká je stavba a stavba plynných těles?

Částice plynu jsou uspořádány náhodně, jsou od sebe tak daleko, že mezi nimi nemůže vzniknout přitažlivá síla. Jaké vlastnosti má plyn a jaká je struktura plynných těles? Plyn zpravidla rovnoměrně vyplní celý prostor, ve kterém byl umístěn. Snadno se stlačuje. Rychlost částic plynného tělesa se zvyšuje s rostoucí teplotou. Zároveň se zvyšuje i tlak.

Struktura plynných, kapalných a pevných těles se vyznačuje různými vzdálenostmi mezi nejmenšími částicemi těchto látek. Částice plynu jsou od sebe mnohem dále než pevné nebo kapalné částice. Například ve vzduchu je průměrná vzdálenost mezi částicemi asi desetinásobkem průměru každé částice. Objem molekul tedy zaujímá pouze asi 0,1 % celkového objemu. Zbývajících 99,9 % je prázdné místo. Naproti tomu částice kapaliny vyplňují asi 70 % celkového objemu kapaliny.

Každá částice plynu se volně pohybuje po přímé dráze, dokud se nesrazí s jinou částicí (plynnou, kapalnou nebo pevnou). Částice se většinou pohybují celkem rychle a poté, co se dvě srazí, se od sebe odrazí a pokračují v cestě samy. Tyto kolize mění směr a rychlost. Tyto vlastnosti plynových částic umožňují plynům expandovat a vyplnit jakýkoli tvar nebo objem.

Změna stavu

Struktura plynných, kapalných a pevných těles se může změnit, pokud jsou vystavena určitému vnějšímu vlivu. Mohou se dokonce za určitých podmínek, například při zahřívání nebo ochlazování, převádět do svých stavů.

Chování těles v různých fyzikálních stavech

Struktura plynů, kapalin a pevných látek je dána především tím, že všechny tyto látky se skládají z atomů, molekul nebo iontů, ale chování těchto částic může být zcela odlišné. Částice plynu jsou od sebe náhodně vzdáleny, molekuly kapaliny jsou blízko u sebe, ale nejsou tak pevně strukturované jako v pevné látce. Částice plynu vibrují a pohybují se vysokou rychlostí. Atomy a molekuly kapaliny vibrují, pohybují se a klouzají kolem sebe. Částice pevného tělesa mohou také vibrovat, ale pohyb jako takový pro ně není charakteristický.

Vlastnosti vnitřní struktury

Abyste pochopili chování hmoty, musíte nejprve studovat její vlastnosti. vnitřní struktura. Jaké jsou vnitřní rozdíly mezi žulou, olivovým olejem a heliem v balónu? Na tuto otázku pomůže odpovědět jednoduchý model struktury hmoty.

Model je zjednodušená verze skutečného předmětu nebo látky. Například předtím, než začne skutečná stavba, architekti nejprve postaví model stavebního projektu. Takovýto zjednodušený model nemusí nutně znamenat přesný popis, ale zároveň může poskytnout přibližnou představu o tom, jaká bude konkrétní struktura.

Zjednodušené modely

Ve vědě však modely nejsou vždy fyzická těla. V minulém století došlo k výraznému nárůstu lidského chápání fyzického světa. Většina nashromážděných znalostí a zkušeností je však založena na extrémně složitých pojmech, například v podobě matematických, chemických a fyzikální vzorce. Abyste tomu všemu porozuměli, musíte se v těchto exaktních a komplexních vědách docela dobře orientovat. Vědci vyvinuli zjednodušené modely k vizualizaci, vysvětlení a předpovědi fyzikální jevy. To vše značně zjednodušuje pochopení toho, proč některá tělesa mají při určité teplotě stálý tvar a objem, zatímco jiná je mohou měnit a podobně.

Veškerá hmota se skládá z drobných částic. Tyto částice jsou v neustálém pohybu. Množství pohybu souvisí s teplotou. Zvýšená teplota ukazuje na zvýšení rychlosti pohybu. Struktura plynných, kapalných a pevných těles se vyznačuje volností pohybu jejich částic a také tím, jak silně jsou částice k sobě přitahovány. Fyzikální vlastnosti látky závisí na jejím fyzická kondice. Vodní pára, kapalná voda a led mají totéž Chemické vlastnosti, ale jejich fyzikální vlastnosti výrazně lišit.

Molekulární kinetická teorie umožňuje pochopit, proč látka může existovat v plynném, kapalném a pevném stavu.

Plyn. V plynech je vzdálenost mezi atomy nebo molekulami v médiu mnohonásobná více velikostí samotné molekuly (obr. 10). Například při atmosférickém tlaku je objem nádoby desítky

tisíckrát větší než objem molekul plynu v nádobě.

Plyny se snadno stlačují, protože při stlačování plynu se zmenšuje pouze průměrná vzdálenost mezi molekulami, ale molekuly se vzájemně „nestlačují“ (obr. 11).

Molekuly se ve vesmíru pohybují obrovskou rychlostí – stovky metrů za sekundu. Když se srazí, odrážejí se od sebe různými směry jako kulečníkové koule.

Slabé přitažlivé síly molekul plynu je nejsou schopny udržet blízko sebe. Plyny se proto mohou neomezeně rozpínat. Nezachovávají si tvar ani objem.

Četné dopady molekul na stěny nádoby vytvářejí tlak plynu.

Tekutiny. V kapalinách jsou molekuly umístěny téměř blízko sebe (obr. 12). Proto se molekula v kapalině chová jinak než v plynu. Sevřený, jako v kleci, jinými molekulami, „běží na místě“ (kmitá kolem rovnovážné polohy, koliduje se sousedními molekulami). Jen čas od času udělá „skok“, prorazí „mříže klece“, ale okamžitě se ocitne v nové „kleci“, kterou tvoří noví sousedé. Doba „usazeného života“ molekuly vody, tj. doba oscilací kolem jedné konkrétní rovnovážné polohy, při pokojové teplotě je v průměru s. Doba jednoho kmitu je mnohem kratší (s). S rostoucí teplotou se doba „usazené životnosti“ molekul snižuje. Povaha molekulárního pohybu v kapalinách, kterou poprvé stanovil sovětský fyzik Ya I. Frenkel, nám umožňuje pochopit základní vlastnosti kapalin.

Molekuly kapaliny jsou umístěny přímo vedle sebe. Proto, když se pokusíte změnit objem kapaliny, byť jen o malé množství, začnou se molekuly samy deformovat (obr. 13). A to vyžaduje velmi velkou sílu. To vysvětluje nízkou stlačitelnost kapalin

Kapaliny, jak známo, jsou tekuté, to znamená, že si nezachovávají svůj tvar. To je vysvětleno následovně. Pokud kapalina neproudí, dochází ke skokům molekul z jedné „přisedlé“ polohy do druhé se stejnou frekvencí ve všech směrech (obr. 12). Vnější síla počet molekulárních skoků za sekundu znatelně nemění, ale k přeskokům molekul z jedné „sedavé“ polohy do druhé dochází převážně ve směru vnější síly (obr. 14). To je důvod, proč kapalina teče a má tvar nádoby

Pevné látky. Atomy nebo molekuly pevných látek, na rozdíl od kapalin, vibrují kolem určitých rovnovážných poloh. Pravda, někdy molekuly změní svou rovnovážnou polohu, ale to se stává velmi zřídka. To je důvod, proč si pevné látky zachovávají nejen objem, ale i tvar.

Mezi kapalinami a pevnými látkami je ještě jeden důležitý rozdíl. Kapalina se dá přirovnat k davu, jehož jednotliví členové se neklidně tlačí na místě a pevné tělo je jako štíhlá kohorta, jejíž členové sice nestojí v pozoru (kvůli tepelnému pohybu), ale udržují se průměrné určité intervaly mezi sebou. Spojíte-li středy rovnovážných poloh atomů nebo iontů pevné látky, získáte pravidelnou prostorovou mřížku, nazývanou krystalická mřížka. Obrázky 15 a 16 ukazují krystalové mřížky kuchyňské soli a diamantu. Vnitřní řád v uspořádání atomů v krystalech vede ke geometricky pravidelným vnějším tvarům. Obrázek 17 ukazuje jakutské diamanty.

Jak jste viděli, kvalitativní vysvětlení základních vlastností látky na základě molekulární kinetické teorie není nijak zvlášť obtížné. Teorie, která stanovuje kvantitativní vztahy mezi experimentálně naměřenými veličinami (tlak, teplota atd.) a vlastnostmi samotných molekul, jejich počtem a rychlostí pohybu, je však velmi složitá. Omezíme se na úvahy o teorii plynů.

1. Poskytněte důkazy o existenci tepelného pohybu molekul.

2. Proč je Brownův pohyb patrný pouze pro částice o nízké hmotnosti?

3. Jaká je povaha molekulárních sil? 4. Jak závisí síly interakce mezi molekulami na vzdálenosti mezi nimi? 5. Proč se dvě olověné tyče s hladkými, čistými řezy slepí, když jsou stlačeny k sobě? 6. Jaký je rozdíl mezi tepelným pohybem molekul plynů, kapalin a pevných látek?

Po studiu vlastností a struktury pevných, kapalných a amorfních těles, která se vyznačují uspořádáním částic na dlouhé nebo krátké vzdálenosti, přejdeme k úvahám o vlastnostech a struktuře plynných těles. Plyny se vyznačují naprostým nedostatkem pořádku v uspořádání a pohybu částic. Jak říkají fyzici, ve všech plynech se jejich částice nacházejí a pohybují chaoticky(Řecký „chaos“ - porucha).

Znáte mnoho plynů: vodík, kyslík, oxid uhličitý, vodní páry, páry rtuti, dusík, ozón, chlór, vzduch (jako směs plynů). Všechny jsou velmi odlišné. Vodík je lehký a oxid uhličitý těžký; dusík necítí, ale ozón „štípe“ nos; vodní pára je neškodná, ale pára rtuti je jedovatá; vzduch je bezbarvý a chlór je žlutozelený. Tyto vlastnosti plynů jsou různé, ale mají také společné.

Za prvé, Všechny plyny jsou velmi stlačitelné. Mohou být stlačeny 100krát nebo více. Za druhé, všechny plyny se řídí Pascalovým zákonem, přenášející tlak na ně vyvíjený na jiné části nádoby. Za třetí, na rozdíl od kapalin, Plyny vždy vyvíjejí tlak, dokonce i v nulové gravitaci. Jak mohou tyto obecné vlastnosti všechny plyny? Na tuto otázku odpovídá molekulární kinetická teorie.

Struktura plynných těles. Na normální podmínky vzdálenosti mezi částicemi plynu jsou mnohonásobně větší než velikosti samotných částic a Kinetická energie jejich pohyby jsou mnohem větší (v absolutní hodnotě) než potenciální energie jejich vzájemné přitažlivosti a/nebo k Zemi. Proto částice plynu létají téměř volně, narážejí do sebe a „bombardují“ stěny plavidla, ve kterém se nacházejí.

Toto je vysvětlení tlak plynu. Bude platit i v podmínkách beztíže, kde je udržován tlak plynů na rozdíl od tlaku pevných látek a kapalin.

všimněte si, že tlak kapaliny má zcela jiný původ: překrývající se vrstvy kapaliny stlačují svou vahou spodní vrstvy (proto se při sestupu ke dnu nádoby tlak zvyšuje). V každé vrstvě se vlivem častých srážek částic přenáší tlak všemi směry, včetně stěn nádoby. Proto za podmínek beztíže (kdy kapalina a její jednotlivé vrstvy nemají žádnou váhu) bude tlak kapaliny na dno a stěny nádoby nulový.

Tento důležitý rozdíl Původ tlaku plynu z tlaku kapaliny je potvrzen zkušeností. Obrázek ukazuje dvě nádoby: levou s kapalinou a pravou s plynem. Nádoby jsou vybaveny tlakoměry: u dna, ve střední části a u hrdla. Podívejte se: manometry nádoby s plynem ukazují stejný tlak, zatímco tlakoměry nádoby s kapalinou ukazují rostoucí hodnoty, jak klesají. Důvodem je odlišný „mechanismus“ vzniku tlaku v kapalinách a plynech.

Pojďme si to nyní vysvětlit vlastnost plynů být snadno stlačitelný a dodržovat Pascalův zákon. Podívejme se na nákres. Pohybem pístu zhutňujeme umístění částic v jeho blízkosti. Brzy se však tyto částice rozptýlí po celém objemu nádoby a v důsledku toho se plyn stane hustším a „bombardování“ jeho částic na stěny nádoby bude intenzivnější. To znamená, že plyn bude přenášet tlak pístu, který na něj působí, ve všech směrech.

Připomeňme si to S rostoucí teplotou plynu se zvyšuje jeho tlak(viz § 4-d). MKT tuto skutečnost snadno vysvětluje. Zvýšení teploty vede ke zvýšení rychlosti pohybu částic plynu, takže se zvyšuje „bombardování“ stěn nádoby částicemi, což znamená zvýšení tlaku plynu.

Molekulární kinetická teorie umožňuje pochopit, proč může být látka v různých stavech agregace: plynné, kapalné a pevné.
Vnějšími rozlišovacími znaky těchto stavů jsou stlačitelnost (změna objemu) a tekutost (retence tvaru).
Z hlediska molekulární kinetické teorie se stavy agregace liší hodnotou průměrné vzdálenosti mezi molekulami a charakterem vzájemného pohybu molekul.
Zvýšením teploty plynu při stálém tlaku lze získat částečně a poté plně ionizované plazma, často považované za čtvrté skupenství hmoty. S rostoucím tlakem může hmota přejít do pátého – neutronového – stavu, který se v přírodě realizuje v podobě neutronových hvězd.
Na základě MCT budeme zvažovat rozdíly a podobnosti tepelného pohybu částic plynů, kapalin a pevných látek.
Plyny jsou tělesa, ve kterých se molekuly pohybují téměř volně chaoticky v intervalech mezi srážkami, během nichž se povaha jejich pohybu dramaticky mění. Podle MCT se molekuly plynu nacházejí od sebe ve vzdálenostech, které několikanásobně převyšují velikost samotných molekul. V tomto případě jsou přitažlivé síly již malé, proto se molekuly plynu účastní chaotického pohybu a mohou se vzdálit na jakoukoli vzdálenost. Plyn zabírá objem nádoby jakékoli velikosti. Pod vlivem vnějších sil může být výrazně stlačen.
Například objem nádoby může být desetitisíckrát větší než objem molekul v ní.
Plyny se snadno stlačují, pokud se průměrná vzdálenost mezi molekulami zmenší, ale tvar molekuly se nemění. Molekuly, pohybující se ve vesmíru obrovskou rychlostí – stovky metrů za sekundu, se srazí a poté se od sebe odrážejí různými směry jako kulečníkové koule. Slabé přitažlivé síly molekul plynu je nejsou schopny udržet blízko sebe.
Plyny se proto mohou neomezeně rozpínat. Nezachovávají si tvar ani objem.
Četné dopady molekul na stěny nádoby vytvářejí tlak plynu. Příkladem může být balón. Nelze ji nafouknout na jednu stranu. Plyn nebo vzduch v kouli se šíří po celém objemu.
Jak můžete posoudit koncentraci molekul uvnitř míče? Čím více plynu uvnitř koule, tím hustěji je nafouknutá, tzn. se stává elastičtější.
Kapaliny jsou tělesa tvořená látkami ve stavu, kdy se vlivem gravitace nebo malého zatížení neudrží tvar tělesa. Kapalina se však obtížně stlačuje i při velkých silách.
Molekuly kapaliny netvoří konstantní prostorovou strukturu; umístěné od sebe ve vzdálenostech srovnatelných s velikostí samotných molekul, téměř blízko sebe, takže molekula kapaliny se chová jinak než molekula plynu. Charakter pohybu těchto molekul je soubor kmitů vzhledem k rovnovážné poloze, v důsledku srážek se sousedními molekulami, tzn. dočasná sedavá poloha, střídající se s výskoky do nové sedavé polohy.
V kapalinách existuje takzvaný řád krátkého dosahu, to znamená, že uspořádané uspořádání molekul je udržováno na vzdálenostech rovných několika průměrům molekul. Molekula kmitá kolem své rovnovážné polohy: zde je odpudivá síla rovna přitažlivé síle, tj. celková interakční síla molekuly je nulová. Doba sedavého života molekuly vody: doba jejích oscilací kolem jedné konkrétní rovnovážné polohy při pokojové teplotě je v průměru 10-11s. Doba jednoho kmitu je mnohem kratší než 10-12-10-13 s. S rostoucí teplotou se doba zdržení molekul snižuje.
Povahu molekulárního pohybu v kapalinách poprvé stanovil sovětský fyzik Jakov Iljič Frenkel. Výsledky jeho práce nám umožňují pochopit základní vlastnosti kapalin.
Molekuly kapaliny jsou umístěny přímo vedle sebe. Jak se objem zmenšuje, odpudivé síly jsou velmi velké. To vysvětluje nízkou stlačitelnost kapalin.
Kapaliny jsou tekuté, to znamená, že si nezachovávají svůj tvar, protože vnější síla znatelně nemění počet molekulárních skoků za sekundu. Ale skoky molekul z jedné stacionární polohy do druhé se vyskytují převážně ve směru působení vnější síly. To je důvod, proč kapalina teče a přebírá tvar nádoby.
Pevné je skupenství látka vyznačující se stabilitou tvaru při značném zatížení (srovnatelné s účinky gravitace) a tepelným pohybem atomů ve formě malých vibrací kolem rovnovážných poloh (proto výskyt deformací pouze ve velkých vnější síly). Vzdálenost mezi molekulami je navíc srovnatelná s velikostí molekul samotných a při stlačení mezi nimi vznikají odpudivé síly (proto ta nestlačitelnost pevných látek).
Atomy nebo molekuly pevných látek, na rozdíl od atomů a molekul kapalin, vibrují kolem určitých rovnovážných poloh. Z tohoto důvodu si pevné látky zachovávají nejen objem, ale i tvar. Potenciální energie interakce mezi molekulami pevných látek je výrazně větší než jejich kinetická energie.
Mezi kapalinami a pevnými látkami je ještě jeden důležitý rozdíl. Tekutina se dá přirovnat k davu lidí, kde se jednotlivci neklidně tlačí na místě, a pevné tělo je jako stejný dav lidí, kteří sice nestojí v pozoru, ale udržují mezi sebou v průměru určité vzdálenosti. Pokud spojíte středy rovnovážných poloh atomů nebo iontů pevné látky, dostanete pravidelnou prostorovou mřížku, nazývanou krystalická mřížka.
Kresby zobrazují krystalové mřížky kuchyňské soli a diamantu. Vnitřní řád v uspořádání atomů v krystalech vede k pravidelným vnějším geometrickým tvarům.
Existují krystalické a amorfní pevné látky.
V amorfních tělesech atomy vibrují kolem náhodně umístěných bodů, jejichž řád je pozorován pouze ve vzdálenostech srovnatelných s meziatomovými.
V krystalech je pozorována periodicita v umístění těchto bodů pro libovolně vzdálené atomy.
Z hlediska MCT se tyto vlastnosti vysvětlují uspořádaným uspořádáním atomů (molekul) v těle. Toto uspořádání se dlouho nemění.
Krystal je pevná látka, která má trojrozměrnou periodickou atomovou nebo molekulární strukturu. Typicky má takové těleso tvar pravidelného symetrického mnohostěnu. Velké monokrystaly se nazývají monokrystaly. V přírodě se vyskytují monokrystaly různých velikostí: od velmi velkých krystalů křemene (až několik set kilogramů) až po malé (rozptylované diamantové krystaly). Výrazná vlastnost krystalická tělesa jsou:
1) anizotropie monokrystalů (závislost vlastností na směru); když například položíte skleněnou nádobu, můžete ji snadno rozdrtit, když se na ni postavíte. Pokud však sklenici položíte, snadno unese vaši váhu;
2) přítomnost pevné teploty tání.
Amorfní těleso nemá uspořádanou (krystalickou) strukturu molekul, zachovává si svůj tvar pouze díky obtížnosti vzájemného pohybu molekul.
Při zahřívání amorfní těleso postupně měkne. Mechanické, tepelné a další vlastnosti jsou ve všech směrech takového tělesa stejné.
Amorfní stav je charakteristický pro molekuly, které mají ve srovnání s příčnou velikostí samotných molekul velkou délku (organické polymery, skla). Při dlouhodobém vystavení nízké síle amorfní tělesa stejně jako kapaliny vykazují tekutost.