Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Загрузка...

При достаточном сближении частиц между ними возникают силы взаимодействия (forces interworking). Независимо от природы этих сил, общий характер их остается одинаковым (рис. 2.1, а): на относительно больших расстояниях возникают

силы притяжения (forces interworking) F пр, увеличивающиеся с уменьшением расстояния между частицами r (кривая 1), на небольших расстояниях возникают силы отталкивания Fвид, которые с уменьшением r увеличиваются значительно быстрее, чем F пр (кривая 2). Так, для ионных кристаллов F пр ~ 1 / r2, а Fвид ~ 1 / r 9.

На расстоянии r = r силы отталкивания уравновешивают силы тяжести и результирующая сила F обращается в нуль (кривая 3). Поскольку F = U / r, где U - энергия взаимодействия частиц, то при r = r0 величина U достигает минимального значения, равного - Uсв (рис. 2.1, б). Поэтому состояние частиц, сближены на расстояние r0, является состоянием устойчивого равновесия, в результате чего под действием сил взаимодействия частицы должны бы располагаться в строгом порядке на расстоянии r0 друг от друга, образуя тело с правильной внутренней структурой.

Однако помимо потенциальной энергии (potential energy) взаимодействия частицы имеют кинетическую энергию (kinetic energy) теплового движения, пытаясь разрушить порядок в их расположении. Состояние и свойства вещества определяются относительной ролью этих двух факторов. В газообразном состоянии расстояния между частицами настолько велики, что силы взаимодействия между ними практически не проявляются. Поэтому в промежутках между столкновениями, носящих случайный характер, частицы ведут фактически как свободные, создавая хаотичный поступательное движение. Фиксированных положений равновесия они не имеют.

В жидкостях, плотность которых примерно на три порядка выше плотности их насыщенного пара, расстояния между молекулами r уменьшаются, а силы взаимодействия увеличиваются настолько, что молекулы не могут свободно перемещаться в пространстве: каждая молекула оказывается как бы заключенным в ячейку, созданную соседними молекулами, в которой она создает беспорядочные колебания около временных положений равновесия (рис. 2.2, а). Обозначим период этих колебаний τ0, а высоту потенциального барьера, который создает для данной молекулы ее окружения, U. Вероятность того, что эта молекула приобретает энергию теплового движения, достаточной для преодоления потенциального барьера и перехода в новое положение равновесия, равна ехр (), где К - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура. За единицу времени молекула, колеблется, «подходит» к барьеру V0 = 1/τ0 раз. Умножая это число на вероятность ехр (), получаем среднее число переходов молекулы из одних положений равновесия других за единицу времени; ехр (). Твердом кристаллическом состояния характерно наличие так называемого дальнего порядка, т.е. строгой повторяемости в любых направлениях, например, АА, ВВ и т.д., одного и того же элемента структуры - атома, группы атомов или молекул (рис. 2.2, б) . Геометрически такая строгая периодичность описывается задачей кристаллических решеток. В физических отношениях тела с подобной структурой в общем случае анизотропии (anisotropy) - их свойства зависят от направления в решетке.

Для жидкого состояния характерно отсутствие дальнего порядка, но наличие так называемого близкого порядка - определенной взаимной упорядоченности в расположении элементов структуры (рис. 2.2, а). Однако эта упорядоченность сравнительно быстро теряется и уже на расстоянии, сравнимой с размерами структурных элементов, исчезает почти полностью.

В газообразном состоянии отсутствует как далекий, так и близкий порядок.

Ближний порядок, присущий жидкому состоянию, не является стабильным: упорядоченные группы молекул непрерывно разрушаются тепловым движением, создаются вновь и т. д. Поэтому для каждой температуры можно говорить лишь о некотором усредненный близкий порядок и некоторую усредненную равновесную структуру жидкости с присущей ей энергией активации процесса движения молекул обусловливает вязкость. При изменении температуры происходит перегруппировка молекул и установления нового равновесного состояния. Подобный процесс установления в системе равновесия называется релаксацией (relaxation), а время, в течение которого равновесие устанавливается, называется временем релаксации τ. По порядку величины он равен времени «оседлой жизни» молекул, определяемом соотношением (2.2) Из этого соотношения видно, что с уменьшением энергии активации и повышением температуры Т при установлении равновесной структуры жидкости резко уменьшается. В низкомолекулярных простых жидкостях τ настолько мала (10 10с), что установление равновесия в них протекает практически мгновенно. С понижением температуры время релаксации увеличивается, однако, вплоть до температуры кристаллизации (плавления) он остается еще настолько мал, не тормозит процесс перегруппировки частиц и создания из них энергетически выгодной при этой температуре пространственно упорядоченной структуры - кристалла. Поэтому процесс кристаллизации таких жидкостей протекает практически скачкообразно (кривая 1 на рис. 2.3) и получить их в переохлажденном состоянии чрезвычайно трудно.

Иначе говоря, с расплавами высокомолекулярных неорганических и органических соединений типа стекла и полимеров (polymer), между большими молекулами таких соединений из-за их взаимное переплетение уже в жидком состоянии устанавливается, как правило, сильное взаимодействие. Это обуславливает высокую энергию активации и, следовательно, высокую вязкость и большое время релаксации τ таких расплавов. Так, вблизи точки плавления вязкость железа примерно равна 740-3 Пас, а вязкость кварца 106 Пасс. Поэтому при охлаждении расплавов высокомолекулярных соединений вязкость и время релаксации увеличиваются настолько, что практически предотвращают возможность перестройки элементов структуры в упорядоченном состоянии за определенное время. Поэтому расплав, почти не меняя своей внутренней структуры, переходит в твердоподибне или, как принято говорить, стеклообразное состояние (glassy condition).


Яндекс.Метрика
Биология      Физика      Химия      Экономика     География
Микробиология      Теоретическая механика     География Белоруссии    География Украины    География Молдавии
Растительность мира      Электротехника    География Грузии    География Армении    География Азербайджана
География Казахстана    География Узбекистана    География Киргизии    География Туркменистана    Природоведение
География Таджикистана    География Эстонии