Қатты, сұйық және газтектес заттардың құрылысы. Жаратылыстану, 5 сынып, дидактикалық материал.

Молекулалардың өзара әрекеттесу күштері

Заттардың барлық молекулалары өзара тартылыс және тебу күштерімен өзара әрекеттеседі.Молекулалардың өзара әрекеттесуінің дәлелі: жұғу құбылысы, сығылу және созылу кедергісі, қатты денелер мен газдардың аз сығылымдылығы және басқалар.Молекулалардың өзара әрекеттесу себебі – бұл заттағы зарядталған бөлшектердің электрмагнитті өзара әрекеттесуі. Мұны қалай түсіндіреміз?Атом оң зарядталған ядродан және теріс зарядталған электронды қабықшадан құралады. Ядроның заряды барлық электрондардың жиынтық зарядына тең, сондықтан жалпы атом электрлік жағынан бейтарап.Бір немесе бірнеше атомдардан құралатын молекула электрлік жағынан бейтарап.Екі қозғалмайтын молекуланы мысалға алып, молекулалар арасындағы өзара әрекеттесуді қарастырайық.Денелер арасында табиғатта гравитациялық және электрмагнитті күштер болуы мүмкін.Молекулалар массасы өте аз болғандықтан, молекулалар арасындағы гравитациялық өзара әрекеттесуінің аз күштерін қарастырмауға болады. Өте үлкен ара қашықтықта молекулалар арасында электрмагнитті өзара әрекеттесу де жоқ. Бірақ молекулалар арасындағы ара қашықтықты азайтқанда молекулалар олардың бір-біріне қаратылған жақтарының белгісі бойынша әртүрлі зарядтары болатындай (жалпы молекулалар бейтарап болып қалады) бағыттала бастайды және молекулалар арасында тартылыс күші пайда болады.Ара қашықтық одан да көп азайғанда молекулалар атомдарының теріс зарядталған электронды қабықшаларының өзара әрекеттесу нәтижесі ретінде молекулалар арасында тебу күштері пайда болады.Соңында молекулаға тартылыс және тебу күштерінің жиынтығы әсер етеді. Үлкен ара қашықтықтарда тартылыс күші басым (молекуланың 2-3 диаметр ара қашықтығында тартылыс көп), аз ара қашықтықта тебу күші басым. Молекулалар арасында тартылыс күші тебу күшімен тең болатын ара қашықтық бар. Молекулалардың мұндай жағдайы тұрақты тепе-теңдік жағдай деп аталады. Бір-бірінен қашықтықта болатын және электрмагнитті күштермен байланысты молекулалардың потенциалды энергиясы бар. Тұрақты тепе-теңдік күйінде молекулалардың потенциалды энергиясы аз.Затта әр молекула біруақытта көптеген көршілес молекулалармен өзара әрекеттеседі, бұл молекулалардың ең төмен потенциалды энергиясына әсер етеді. Сондай-ақ заттың барлық молекулалары үздіксіз қозғалыста болады, яғни кинетикалық энергиясы бар.Осылайша заттың құрылымы мен оның қасиеттері (қатты, сұйық және газ тәрізді денелердің) молекулалардың өзара әрекеттесуінің ең төмен потенциалды энергиясы мен молекулалардың жылулық қозғалысы кинетикалық энергиясының қоры арасындағы ара қатынаспен анықталады. 

Қатты, сұйық және газ тәрізді заттардың құрылысы және қасиеттері

Денелердің құрылысы дене бөлшектерінің өзара әрекеттесумен және олардың жылулық қозғалысының сипатымен түсіндіріледі.Қатты дене

Қатты денелердің тұрақты пішіні мен көлемі бар, мүлдем сығылмайды. Молекулалардың өзара әрекеттесуінің ең төмен потенциалды энергиясы молекулалардың кинетикалық энергиясынан көп. Бөлшектердің күшті өзара әрекеттесуі. Қатты денеде молекулалардың жылулық қозғалысы тұрақты тепе-теңдік күйі жанында бөлшектердің (атомдардың, молекулалардың) тербелістерімен ғана көрінеді.Тартылыстың үлкен күшінен молекулалар заттағы өзінің күйін өзгерте алмайды, осымен қатты денелер көлемі мен пішінінің өзгермеуі түсіндіріледі. Көптеген қатты денелер бөлшектері кеңістікте реттеліп орналасады, олар дұрыс кристалл тор түзеді. Заттардың бөлшектері (атомдар, молекулалар, иондар) шыңында – кристалл тордың түйінінде орналасқан. Кристалл тордың түйіндері бөлшектердің тұрақты тепе-теңдігінің күйімен сәйкес келеді.Осындай қатты денелер кристалл деп аталады.

СұйықтықСұйықтықтың нақты көлемі болады, бірақ өзінің пішіні болмайды, олар тұрған ыдыстың пішінін қабылдайды. Молекулалардың өзара әрекеттесуінің ең төмен потенциалды энергиясы молекулалардың кинетикалық энергиясымен салыстырмалы.

Бөлшектердің әлсіз өзара әрекеттесуі. Сұйықтықта молекулалардың жылулық қозғалысы молекулаға оның көршілері берген көлем ішінде тұрақты тепе-теңдік күйі жанындағы тербелістермен көрінеді. Молекуллалар заттың барлық көлемінде еркін қозғала алмайды, бірақ молекулалардың көршілес орындарға ауысуы мүмкін. Осы сұйықтықтың аққыштығын, өзінің пішінін өзгерту қабілетін түсіндіреді.

Сұйықтықта молекулалар бір-бірімен тартылыс күштерімен жеткілікті түрде берік байланысқан, бұл сұйықтық көлемінің өзгермейтіндігін түсіндіреді.Сұйықтықта молекулалар арасында ара қашықтық шамамен молекулалардың диаметріне тең. Молекулалар арасындағы ара қашықтық азайғанда (сұйықтықты сыққанда) тебу күші күрт өседі, сондықтан сұйықтықтар сығылмайды.  Құрылысы және жылулық қозғалысының сипаты бойынша сұйықтықтар қатты денелер мен газдар арасында аралық орында болады.

Алайда сұйықтық пен газ арасындағы айырмашылық сұйықтық пен қатты дене арасына қарағанда едәуір үлкен. Мысалы, балқыған немесе кристалдану кезінде дене көлемі булану немесе конденсацияға қарағанда бірнеше есе өзгереді.

ГазГаздардың тұрақты көлемі жоқ және тұрған ыдысының көлемін толық алады. Молекулалардың өзара әрекеттесуінің ең төмен потенциалды энергиясы молекулалардың кинетикалық энергиясынан аз.

Заттардың бөлшектері мүлдем өзара әрекеттеспейді. Газдар молекулалардың ретсіз орналасуымен және қозғалуымен сипатталады.

Газ молекулалары арасындағы ара қашықтық молекулалар өлшемдерінен бірнеше есе көп. Аз тартылыс күші молекулаларды бір-бірінің қасында ұстап тұра алмайды, сондықтан газдар шексіз кеңейеді.  Газдар сыртқы қысымның әсерінен жеңіл сығылады, өйткені молекулалар арасындағы ара қашықтық үлкен, ал өзара әрекеттесу күштері өте аз. Ыдыстың қабырғасында газдың қысымы газдың қозғалатын молекулаларының соққысынан болады.