Как расположены и движутся молекулы твердых тел. Жидкости

Российский Государственный Университет инновационных
технологий и предпринимательства
Пензенский филиал
Кафедра естественнонаучных дисциплин

Реферат
По дисциплине «Концепции современного естествознания»
Тема: «Модельные представления о строении жидкостей, газов и кристаллов»

Выполнила: студентка гр. 10Э1 А. Антошкина
Проверила: доцент Г. В. Суровицкая

Пенза 2010

Содержание
Введение
Глава 1. Жидкость
1.1.Понятие жидкости

1.3.Свойства жидкости
Глава 2. Газ
2.1.Понятие газа
2.2.Движение молекул
2.3.Свойства газа
Глава 3. Кристаллы
3.1.Понятие кристаллов
3.2.типы кристаллических решеток
3.3. Свойства кристаллов, форма и сингония
Заключение
Список литературы

Введение
По ощущениям, которые вызывают различные вещества (тела из веществ) у органов чувств человека, все они могут быть разделены на три главные группы: газообразные, жидкие и кристаллические (твердые).
Газы не имеют собственной поверхности и собственного объема. Они полностью занимают тот сосуд, в котором находятся. Газы обладают неограниченной способностью к расширению при повышении температуры и понижении давления. Расстояния между молекулами в газах во много раз больше размеров самих молекул, а взаимодействия между ними, так называемые межмолекулярные взаимодействия, слабы, и молекулы в газе движутся практически независимо друг от друга. Расположение частиц в газе почти полностью беспорядочное (хаотичное).
Кристаллы, как и все твердые тела, имеют поверхность, отделяющую их от других твердых тел, и соотносящийся с ней объем, которые не изменяются (точнее, изменяются очень незначительно) в поле тяготения. Расстояния между частицами в кристаллах значительно меньше, чем в газах, а межмолекулярные или межатомные (если кристалл построен из атомов одного элемента) взаимодействия намного сильнее, чем в газах и жидкостях. Частицы в кристалле распределены в некотором довольно строгом закономерном порядке, образуя кристаллическую решетку. Частицы, составляющие кристаллическую решетку, сравнительно прочно закреплены на своих местах. Отличительной особенностью кристаллов является то, что их свойства неодинаковы в различных направлениях. Это явление называется анизотропией свойств.
Жидкости сочетают многие свойства газообразного и кристаллического состояний. Они имеют поверхность и объем, на которые влияют изменения положения сосуда с жидкостью в поле тяготения. Жидкость в поле тяготения занимает нижнюю часть сосуда, в котором она находится. Молекулы в жидком веществе связаны между собой значительно более прочными межмолекулярными силами, чем в газе. Упорядоченность в расположении частиц у жидких веществ также намного выше, чем у газов. В некоторых жидкостях, например в воде, отдельные очень небольшие объемы имеют упорядоченность, близкую к упорядоченности в кристаллах.
В докладе я попыталась раскрыть сущность каждого состояния вещества: жидкого, газообразного и кристаллического. Описала свойства веществ, расположение молекул и кристаллические решетки. Сейчас более подробно рассмотрим каждое вещество, модельно представляя ее.

Глава 1. Жидкость
1.1 Понятие жидкости
Каждый из нас без труда припомнит немало веществ, которые он считает жидкостями. Однако дать точное определение этого состояния вещества не так-то просто. Жидкость занимает как бы промежуточное положение между кристаллическим твердым телом, отличающимся полной упорядоченностью в расположении образующих его частиц (ионов, атомов, молекул) и газом, молекулы которого находятся в состоянии хаотического (беспорядочного) движения.
Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведёт себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает не сохранение формы (внутренних частей жидкого тела).
Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии. Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристаллизация либо превращение в твердотельное аморфное состояние - стекло), выше - в газообразное (происходит испарение). Границы этого интервала зависят от давления.Как правило, вещество в жидком состоянии имеет только одну модификацию. (Наиболее важные исключения - это квантовые жидкости и жидкие кристаллы.) Поэтому в большинстве случаев жидкость является не только агрегатным состоянием, но и термодинамической фазой (жидкая фаза).Все жидкости принято делить на чистые жидкости и смеси. Некоторые смеси жидкостей имеют большое значение для жизни: кровь, морская вода и др. Жидкости могут выполнять функцию растворителей.
1.2. Расположение молекул в жидкости
Молекулы вещества в жидком состоянии расположены почти вплотную друг к другу. В отличие от твердых кристаллических тел, в которых молекулы образуют упорядоченные структуры во всем объеме кристалла и могут совершать тепловые колебания около фиксированных центров, молекулы жидкости обладают большей свободой. Каждая молекула жидкости, также как и в твердом теле, «зажата» со всех сторон соседними молекулами и совершает тепловые колебания около некоторого положения равновесия. Однако, время от времени любая молекула может переместиться в соседнее вакантное место. Такие перескоки в жидкостях происходят довольно часто; поэтому молекулы не привязаны к определенным центрам, как в кристаллах, и могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей. Из-за сильного взаимодействия между близко расположенными молекулами они могут образовывать локальные (неустойчивые) упорядоченные группы, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком (рис.1).

Рис.1. пример ближнего порядка молекул жидкости и дальнего порядка молекул кристаллического вещества: 1.1 – вода; 1. – лед.

Рис. 2. водяной пар (1) и вода (2). Молекулы воды увеличены примерно в 5·107 раз.
Рис.2 иллюстрирует отличие газообразного вещества от жидкости на примере воды. Молекула воды H2O состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных под углом 104°. Среднее расстояние между молекулами пара в десятки раз превышает среднее расстояние между молекулами воды. В отличие от рис.1, где молекулы воды изображены в виде шариков, рис.2 дает представление о структуре молекулы воды. Вследствие плотной упаковки молекул сжимаемость жидкостей, т. е. изменение объема при изменении давления, очень мала; она в десятки и сотни тысяч раз меньше, чем в газах.

1.3.Свойства жидкости
Текучесть. Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей, и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится. В отличие от пластичных твёрдых тел, жидкость не имеет предела текучести: достаточно приложить сколь угодно малую внешнюю силу, чтобы жидкость потекла.
Сохранение объёма. Одним из характерных свойств жидкости является то, что она имеет определённый объём (при неизменных внешних условиях). Жидкость чрезвычайно трудно сжать механически, поскольку, в отличие от газа, между молекулами очень мало свободного пространства. Давление, производимое на жидкость, заключенную в сосуд, передаётся без изменения в каждую точку объёма этой жидкости (закон Паскаля, справедлив также и для газов). Эта особенность, наряду с очень малой сжимаемостью, используется в гидравлических машинах. Жидкости обычно увеличивают объём (расширяются) при нагревании и уменьшают объём (сжимаются) при охлаждении. Впрочем, встречаются и исключения, например, вода сжимается при нагревании, при нормальном давлении и температуре от 0 °C до приблизительно 4 °C.
Вязкость. Кроме того, жидкости (как и газы) характеризуются вязкостью. Она определяется как способность оказывать сопротивление перемещению одной из части относительно другой - то есть как внутреннее трение. Когда соседние слои жидкости движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к тому, которое обусловлено тепловым движением. Возникают силы, затормаживающие упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую - энергию хаотического движения молекул.Жидкость в сосуде, приведённая в движение и предоставленная самой себе, постепенно остановится, но её температура повысится.
Образование свободной поверхности и поверхностное натяжение. Из-за сохранения объёма жидкость способна образовывать свободную поверхность. Такая поверхность является поверхностью раздела фаз данного вещества: по одну сторону находится жидкая фаза, по другую - газообразная (пар), и, возможно, другие газы, например, воздух. Если жидкая и газообразная фазы одного и того же вещества соприкасаются, возникают силы, которые стремятся уменьшить площадь поверхности раздела - силы поверхностного натяжения. Поверхность раздела ведёт себя как упругая мембрана, которая стремится стянуться. Поверхностное натяжение может быть объяснено притяжением между молекулами жидкости. Каждая молекула притягивает другие молекулы, стремится «окружить» себя ими, а значит, уйти с поверхности. Соответственно, поверхность стремится уменьшиться. Поэтому мыльные пузыри и пузыри при кипении стремятся принять сферическую форму: при данном объёме минимальной поверхностью обладает шар. Если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, она обязательно примет сферическую форму - например, капли воды в невесомости. Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади поверхности. (См. Поверхностное натяжение.)
Испарение и конденсация. Испарение - постепенный переход вещества из жидкости в газообразную фазу (пар). При тепловом движении некоторые молекулы покидают жидкость через её поверхность и переходят в пар. Вместе с тем, часть молекул переходит обратно из пара в жидкость. Если из жидкости уходит больше молекул, чем приходит, то имеет место испарение. Конденсация - обратный процесс, переход вещества из газообразного состояния в жидкое. При этом в жидкость переходит из пара больше молекул, чем в пар из жидкости. Испарение и конденсация - неравновесные процессы, они происходят до тех пор, пока не установится локальное равновесие (если установится), причём жидкость может полностью испариться, или же прийти в равновесие со своим паром, когда из жидкости выходит столько же молекул, сколько возвращается.
Кипение - процесс парообразования внутри жидкости. При достаточно высокой температуре давление пара становится выше давления внутри жидкости, и там начинают образовываться пузырьки пара, которые (в условиях земного притяжения) всплывают наверх.
Смачивание - поверхностное явление, возникающее при контакте жидкости с твёрдой поверхностью в присутствии пара, то есть на границах раздела трёх фаз. Смачивание характеризует «прилипание» жидкости к поверхности и растекание по ней (или, наоборот, отталкивание и не растекание). Различают три случая: не смачивание, ограниченное смачивание и полное смачивание.
Смешиваемость - способность жидкостей растворяться друг в друге. Пример смешиваемых жидкостей: вода и этиловый спирт, пример несмешиваемых: вода и жидкое масло.
Диффузия. При нахождении в сосуде двух смешиваемых жидкостей молекулы в результате теплового движения начинают постепенно проходить через поверхность раздела, и таким образом жидкости постепенно смешиваются. Это явление называется диффузией (происходит также и в веществах, находящихся в других агрегатных состояниях).
Перегрев и переохлаждение. Жидкость можно нагреть выше точки кипения таким образом, что кипения не происходит. Для этого необходим равномерный нагрев, без значительных перепадов температуры в пределах объёма и без механических воздействий, таких, как вибрация. Если в перегретую жидкость бросить что-либо, она мгновенно вскипает. Перегретую воду легко получить в микроволновой печи. Переохлаждение - охлаждение жидкости ниже точки замерзания без превращения в твёрдое агрегатное состояние. Как и для перегрева, для переохлаждения необходимо отсутствие вибрации и значительных перепадов температуры.
Сосуществование с другими фазами. Формально говоря, для равновесного сосуществования жидкой фазы с другими фазами того же вещества - газообразной или кристаллической - нужны строго определённые условия. Так, при данном давлении нужна строго определённая температура. Тем не менее, в природе и в технике повсеместно жидкость сосуществует с паром, или также и с твёрдым агрегатным состоянием - например, вода с водяным паром и часто со льдом (если считать пар отдельной фазой, присутствующей наряду с воздухом). Это объясняется следующими причинами:
- Неравновесное состояние. Для испарения жидкости нужно время, пока жидкость не испарилась полностью, она сосуществует с паром. В природе постоянно происходит испарение воды, также как и обратный процесс - конденсация.
- Замкнутый объём. Жидкость в закрытом сосуде начинает испаряться, но поскольку объём ограничен, давление пара повышается, он становится насыщенным ещё до полного испарения жидкости, если её количество было достаточно велико. При достижении состояния насыщения количество испаряемой жидкости равно количеству конденсируемой жидкости, система приходит в равновесие. Таким образом, в ограниченном объёме могут установиться условия, необходимые для равновесного сосуществования жидкости и пара.
- Присутствие атмосферы в условиях земной гравитации. На жидкость действует атмосферное давление (воздух и пар), тогда как для пара должно учитываться практически только его парциальное давление. Поэтому жидкости и пару над её поверхностью соответствуют разные точки на фазовой диаграмме, в области существования жидкой фазы и в области существования газообразной соответственно. Это не отменяет испарения, но на испарение нужно время, в течение которого обе фазы сосуществуют. Без этого условия жидкости вскипали бы и испарялись очень быстро.

Глава 2. Газ
2.1. Понятие газа
ГАЗ – одно из агрегатных состояний вещества, в котором составляющие его частицы (атомы, молекулы) находятся на значительных расстояниях друг от друга и находятся в свободном движении. В отличие от жидкости и твердого тела, где молекулы находятся на близких расстояниях и связаны друг с другом значительными по величине силами притяжения и отталкивания, взаимодействие молекул в газе проявляется лишь в короткие моменты их сближения (столкновения). При этом происходит резкое изменение величины и направления скорости движения сталкивающихся частиц.
Название «газ» происходит от греческого слова «haos» и было введено Ван Гельмонтом еще вначале 17 в., оно хорошо отражает истинный характер движения частиц в газе, отличающегося полной беспорядочностью, хаотичностью. В отличие, например, от жидкости газы не образуют свободной поверхности и равномерно заполняют весь доступный им объем. Газообразное состояние, если причислять к нему и ионизованные газы, является самым распространенным состоянием вещества во Вселенной (атмосферы планет, звезды, туманности, межзвездное вещество и т.д.).
2.2. Движение молекул
Движение молекул в газах имеет беспорядочный характер: скорости молекул не имеют какого-либо преимущественного направления, а распределены хаотически по всем направлениям. Вследствие столкновений молекул между собой скорости их все время меняются как по направлению, так и по модулю. Поэтому скорости молекул могут сильно различаться между собой. В любой момент в газе есть и молекулы, движущиеся чрезвычайно быстро, и молекулы, движущиеся сравнительно медленно. Однако число молекул, движущихся значительно медленнее или значительно быстрее, чем остальные, мало. Большинство молекул движется со скоростями, сравнительно мало отличающимися от некоторой средней скорости, зависящей от рода молекул и температуры тела. В дальнейшем, говоря о скорости молекул, мы будем иметь в виду их среднюю скорость. К вопросу об измерении и расчете средней скорости молекул мы обратимся позже. Во многих рассуждениях относительно движения молекул газа играет важную роль понятие средней длины свободного пробега. Средней длиной свободного пробега называют среднее расстояние, пробегаемое молекулами между двумя последовательными столкновениями. С уменьшением плотности газа средняя длина свободного пробега увеличивается. При атмосферном давлении и 0°С средняя длина свободного пробега молекул воздуха равна примерно 10-8-10-7 м (рис. 371).

Рис. 371. Таким примерно представляется путь молекулы воздуха при нормальном давлении (увеличено в миллион раз)
В очень разреженных газах (например, внутри пустотных электрических лампочек)- средняя длина свободного пробега достигает нескольких сантиметров и даже десятков сантиметров. Здесь молекулы движутся от стенки к стенке почти без столкновений. В твердых телах молекулы колеблются около средних положений. В жидкостях молекулы также колеблются около средних положений. Однако время от времени каждая молекула переходит скачком в новое среднее положение, отстоящее от предыдущего на несколько межмолекулярных расстояний.
2.3. Свойства газа
В газовом состоянии энергия взаимодействия частиц между собой гораздо меньше их кинетической энергии: ЕММВ << Екин.
Поэтому молекулы (атомы) газа не удерживаются вместе, а свободно перемещаются в объеме, значительно превышающем объем самих частиц. Силы межмолекулярного взаимодействия проявляются, когда молекулы подходят друг к другу на достаточно близкое расстояние. Слабое межмолекулярное взаимодействие обусловливает малую плотность газа, стремление к безграничному расширению, способность оказывать давление на стенки сосуда, препятствующие этому стремлению. Молекулы газа находятся в беспорядочном хаотическом движении, и в газе отсутствует какой-либо порядок относительно расположения молекул. Состояние газа характеризуют: температурой - T, давлением - р и объемом - V. При малых давлениях и высоких температурах все типичные газы ведут себя приблизительно одинаково. Но уже при обычных и, особенно, пониженных температурах и высоких давлениях начинают проявляться индивидуальности газов. Повышение внешнего давления и понижение температуры сближает частицы газа, поэтому межмолекулярное взаимодействие начинает проявляться в большей степени. Для таких газов уже нельзя применять уравнение Менделеева-Клапейрона: а следует применять уравнение Ван-дер-Ваальса:
где a и b - постоянные члены, учитывающие наличие сил притяжения между молекулами и собственный объем молекул, соответственно.
При сжатии газов, когда происходит значительное увеличение их плотности, силы ММВ становятся все более ощутимыми, что приводит к созданию условий для образования из молекул различных ассоциатов. Ассоциаты относительно неустойчивые группы молекул. Из природы составляющих ММВ следует, что универсальные силы взаимодействия увеличиваются при увеличении размеров атомов резко растет поляризуемость, поэтому, чем тяжелее однотипные частицы (атомы или молекулы) вещества, тем обычно выше степень их ассоциации при данной температуре, тем при более низких температурах такое вещество переходит из газа в жидкость.

Глава 3. Кристаллы
3.1.Понятие кристаллов
Мир кристаллов - мир не менее красивый, разнообразный, развивающийся, зачастую не менее загадочный, чем мир живой природы. Важность кристаллов для геологических наук состоит в том, что подавляющая часть земной коры находится в кристаллическом состоянии. В классификации таких фундаментальных объектов геологии, как минерал и горная порода, понятие кристалла является первичным, элементарным, аналогично атому в периодической системе элементов или молекуле в химической классификации веществ. По афористичному высказыванию известного минералога, профессора Санкт-Петербургского горного института Д.П. Григорьева, "минерал - это кристалл". Ясно, что свойства минералов и горных пород теснейшим образом связаны с общими свойствами кристаллического состояния.
Слово "кристалл" - греческое (??????????), исходное его значение - "лёд". Однако уже в античное время этот термин был перенесён на прозрачные природные многогранники других веществ (кварца, кальцита и т. п.), так как считалось, что это тоже лёд, получивший в силу каких-то причин устойчивость при высокой температуре. В русском языке это слово имеет две формы: собственно "кристалл", означающее, возникшее естественным путем многогранное тело, и "хрусталь" - особый сорт стекла с высоким показателем преломления, а также прозрачный бесцветный кварц ("горный хрусталь"). В большинстве европейских языков для обоих этих понятий используется одно слово (сравните английские "Crystal Palace" - "Хрустальный дворец" в Лондоне и "Crystal Growth" - международный журнал по росту кристаллов).
С кристаллами человечество познакомилось в глубокой древности. Связано это, в первую очередь, с их часто реализующейся в природе способностью самоограняться, т. е. самопроизвольно принимать форму изумительных по совершенству полиэдров. Даже современный человек, впервые столкнувшись с природными кристаллами, чаще всего не верит, что эти многогранники не являются делом рук искусного мастера. Форме кристаллов издавна придавалось магическое значение, о чём свидетельствуют некоторые археологические находки . Упоминания о "кристалле" (по-видимому, всё-таки речь идёт о "хрустале") неоднократно встречаются в Библии (см., напр.: Откровение Иоанна, 21, 11; 32, 1, и др.). В среде математиков существует аргументированное мнение, что прототипами пяти правильных многогранников (тел Платона) послужили природные кристаллы. Многим архимедовым (полуправильным) многогранникам также имеются точные или очень близкие аналоги в мире кристаллов. А в прикладном искусстве древности иногда в качестве образцов для подражания использовались кристаллические многогранники, причём и такие, которые заведомо не рассматривались тогдашней наукой. Например, в Государственном Эрмитаже хранится нитка бус, форма которых с высокой точностью воспроизводит характерную форму кристаллов красивого полудрагоценного минерала граната. Бусины эти изготовлены из золота (предположительно, ближневосточная работа I-V вв. н. э.). Таким образом, кристаллы с давних пор оказывали заметное воздействие на основные сферы интересов человека: эмоциональную (религия, искусство), идеологическую (религия), интеллектуальную (наука, искусство).
3.2. Основные типы кристаллических решеток
В твердых телах атомы могут размещаться в пространстве двумя способами:1) Беспорядочное расположение атомов, когда они не занимают определенного места друг относительно друга. Такие тела называются аморфными.2) Упорядоченное расположение атомов, когда атомы занимают в пространстве вполне определенные места, Такие вещества называются кристаллическими.
Атомы совершают относительно своего среднего положения колебания с частотой около 1013 Гц. Амплитуда этих колебаний пропорциональна температуре. Благодаря упорядоченному расположению атомов в пространстве, их центры можно соединить воображаемыми прямыми линиями. Совокупность таких пересекающихся линий представляет пространственную решетку, которую называют кристаллической решеткой.
Внешние электронные орбиты атомов соприкасаются, так что плотность упаковки атомов в кристаллической решетке весьма велика. Кристаллические твердые тела состоят из кристаллических зерен - кристаллитов. В соседних зернах кристаллические решетки повернуты относительно друг друга на некоторый угол. В кристаллитах соблюдаются ближний и дальний порядки. Это означает наличие упорядоченного расположения и стабильности как окружающих данный атом ближайших его соседей (ближний порядок), так и атомов, находящихся от него на значительных расстояниях вплоть до границ зерен (дальний порядок).

а) б)
Рис. 1.1. Расположение атомов в кристаллическом (а) и аморфном (б) веществе
Вследствие диффузии отдельные атомы могут покидать свои места в узлах кристаллической решетки, однако при этом упорядоченность кристаллического строения в целом не нарушается.
Все металлы являются кристаллическими телами, имеющими определенный тип кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической связью. Тип решетки определяется формой элементарного геометрического тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристаллического тела.

А) Б)

В) Г)
Рис. 1.2. Основные типы кристаллических решеток металлов:
А) кубическая (1 атом на ячейку)
Б) объемно-центрированная кубическая (ОЦК) (2 атома на ячейку)
и т.д.................

В газах обычно расстояние между молекулами и атомами значительно больше размеров молекул, а очень малы. Поэтому газы не имеют собственной формы и постоянного объёма. Газы легко сжимаются, потому что силы отталкивания на больших расстояниях также малы. Газы обладают свойством неограниченно расширяться, заполняя весь предоставленный им объём. Молекулы газа движутся с очень большими скоростями, сталкиваются между собой, отскакивают друг от друга в разные стороны. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа .

Движение молекул в жидкостях

В жидкостях молекулы не только колеблются около положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее. Эти перескоки происходят периодически. Временной отрезок между такими перескоками получил название среднее время оседлой жизни (или среднее время релаксации ) и обозначается буквой τ. Иными словами, время релаксации – это время колебаний около одного определённого положения равновесия. При комнатной температуре это время составляет в среднем 10 -11 с. Время одного колебания составляет 10 -12 …10 -13 с.

Время оседлой жизни уменьшается с повышением температуры. Расстояние между молекулами жидкости меньше размеров молекул, частицы расположены близко друг к другу, а велико. Тем не менее, расположение молекул жидкости не является строго упорядоченным по всему объёму.

Жидкости, как и твёрдые тела, сохраняют свой объём, но не имеют собственной формы. Поэтому они принимают форму сосуда, в котором находятся. Жидкость обладает таким свойством, как текучесть . Благодаря этому свойству жидкость не сопротивляется изменению формы, мало сжимается, а её физические свойства одинаковы по всем направлениям внутри жидкости (изотропия жидкостей). Впервые характер молекулярного движения в жидкостях установил советский физик Яков Ильич Френкель (1894 – 1952).

Движение молекул в твёрдых телах

Молекулы и атомы твёрдого тела расположены в определённом порядке и образуют кристаллическую решётку . Такие твёрдые вещества называют кристаллическими. Атомы совершают колебательные движения около положения равновесия, а притяжение между ними очень велико. Поэтому твёрдые тела в обычных условиях сохраняют объём и имеют собственную форму.

Цели и задачи урока:

образовательные – объяснить свойства различных состояний вещества различием в характере движения и взаимодействия молекул, научить применять основные положения теории строения вещества для объяснения его свойств в различных состояниях;
воспитательные – продолжать формировать мышление о познаваемости явлений и свойств окружающего мира; интерес к предмету
развивающие – развитие логического мышления, умение анализировать свойства тел и особенности явлений на основе имеющихся знаний.

Оборудование:

учебник Физика 7 класс А.В.Перышкин,
таблички для выполнения заданий,
лото физических терминов,
твердое тело,
мензурки различных размеров,
воздушный шар,
модели кристаллических решеток

Тип урока: сообщение новых знаний

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ.

Приветствие, проверка готовности класса к уроку, сообщение темы и целей урока.

ПОДГОТОВКА УЧАЩИХСЯ К СОЗНАТЕЛЬНОМУ УСВОЕНИЮ НОВОГО МАТЕРИАЛА (актуализация ранее усвоенного и подведение к целям урока)

Двум ученикам дается индивидуальное задание на проверку физических терминов в виде лото. Остальные ученики отвечают на вопросы, поставленные в ходе демонстраций опытов самими учениками, которыми было получено индивидуальное опережающее задание.

Демонстрации:

Твердое тело попробовать сжать, растянуть, сломать и т.п.

Вопрос: какие свойства твердых тел вы знаете? (Сохраняет форму и объем)

Жидкости. Перелить воду из одной мензурки с делениями в мензурку другой формы тоже с делениями.

Вопрос: какие свойства жидкостей подтверждаются этой демонстрацией?

(Жидкости сохраняют свой объем, но легко меняют форму).

Газы. Перевязать воздушный шарик нитью, затем его надуть, после этого нить развязать.

Вопрос: Что мы видим? Какими свойствами обладают газы? (не сохраняют форму, заполняют весь предоставленный объем)

Учитель. Мы вспомнили с вами свойства вещества во всех трех агрегатных состояниях, а сегодня на уроке мы научимся объяснять вышеперечисленные свойства на основе молекулярного строения вещества.

РАБОТА НАД НОВЫМ МАТЕРИАЛОМ.

Итак, одно и то же вещество может находится в различных состояниях. Например, вода.

Лед, вода, пар – все три состояния одного и того же вещества,

значит, и молекулы его не отличаются друг от друга.

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ :

Тогда что же является причиной различных агрегатных состояний воды?

Учитель. В конце урока вы сможете с уверенностью ответить на поставленный вопрос! (различные свойства вещества во всех состояниях определяются тем, что его молекулы расположены, взаимодействуют и движутся по-разному).

Теперь давайте рассмотрим, как расположены и как движутся молекулы при различных агрегатных состояниях вещества.

ГАЗЫ.

Только что на опыте с воздушным шаром мы убедились, что газ может занимать весь предоставленный ему объем, может сжиматься, а значит в газах расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул. Расстояние между молекулами газа в десятки раз больше размера молекул, поэтому они слабо притягиваются.

Слово “газ” произведено от греческого “хаос” – беспорядок. Действительно, газообразное состояние вещества является примером существующего в природе полного, совершенного беспорядка во взаимном расположении и движении частиц.

ВЫВОД: Молекулы газа, двигаясь во всех направлениях, почти не притягиваются друг к другу и поэтому не имеют собственной формы и постоянного объема.

ЖИДКОСТИ.

Свойства жидкостей объясняются тем, что промежутки между молекулами малы (рисунок молекул): молекулы в жидкостях расположены так плотно, что расстояние между каждыми двумя молекулами меньше размеров молекул. На таких расстояниях притяжение молекул друг к другу уже значительно. Поэтому молекулы жидкости не расходятся на большие расстояния, и жидкость в обычных условиях сохраняет свой объем.

Однако притяжение молекул жидкости еще не настолько велико, чтобы жидкость сохраняла свою форму. Этим объясняется то, что жидкости принимают форму сосуда, они текучи, их легко перелить.

Жидкость трудно сжимается, так как при этом молекулы сближаются на расстояние, когда заметно проявляется отталкивание.

ТВЕРДЫЕ ТЕЛА.

Твердые тела состоят из кристаллических решеток, в которых упорядоченно расположены молекулы, расстояние между молекулами очень мало по сравнению с размером самих молекул.

Так как сила взаимодействия между молекулами очень большая, то молекулы ограничены в собственном движении, и их положение очень трудно изменить. В твердом теле молекулы непрерывно колеблются около положений равновесия (рис. из учебника физики Гуревича).

Отсутствие систематических перемещений молекул и есть причина того, что мы называем “твердостью”. Именно поэтому твердые тела сохраняют постоянную форму и объем.

Подведем итоги изученного.

В ГАЗАХ:

Расстояние между молекулами гораздо больше размеров самих молекул.
Молекулы движутся во всех направлениях.
Молекулы почти не взаимодействуют друг с другом
Молекулы быстро заполняют весь предоставленный объем

В ЖИДКОСТЯХ:

Расстояние между молекулами меньше размеров самих молекул.
Значительная роль притяжения молекул
Появление отталкивания при сближении (жидкость нельзя сжать, т.е. уменьшить объем)
Свойство текучести

В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ:

Расстояние между молекулами во много раз меньше размеров самих молекул. Притяжение между молекулами еще больше, чем в жидкостях.
Расположены молекулы в определенном порядке (кристаллические решетки)
Движение молекул только около положения своего равновесия, т.е. в ячейке кристаллической решетки.

Изучение строения вещества показывает, что:

все вещества состоят из огромного количества мельчайших частиц (молекул и атомов), между которыми есть промежутки;
частицы вещества непрерывно и беспорядочно движутся;
частицы вещества взаимодействуют друг с другом: притягиваются на небольших расстояниях и отталкиваются при сжатии.

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ.

Давайте теперь вместе систематизируем все изученное ранее и на сегодняшнем уроке в структурно-логическую схему. Учитель задает вопросы классу, ученики отвечают, а в это время на слайде поочередно загораются ответы в виде схемы, которую учащиеся потом переносят в тетрадь

Что нас окружает?

ВИДИМАЯ
НЕВИДИМАЯ

Как наз. любые предметы? ТЕЛО

Из чего состоит любое тело? ВЕЩЕСТВО

В каких трех состояниях находится одно и то же вещество?

ТВЕРДОЕ ЖИДКОЕ ГАЗООБРАЗНОЕ

Как расположены молекулы в них?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ.

1. На экране дается задание: заполнить таблицу из предложенных названий веществ. Каждому ученику выдается пустая табличка, они должны самостоятельно ее заполнить и затем проверить себя по ответам, данным на другом слайде.

Каждому ученику выдается пустая табличка, они должны самостоятельно ее заполнить и затем проверить себя по ответам, данным на другом слайде.

Итоги урока. Домашнее задание.

Ребята, что нового на сегодняшнем уроке вы узнали, как вы можете применить полученные сегодня знания?

Молодцы, спасибо всем за урок, мы сегодня хорошо потрудились.

Д/з: параграф 12, используя материал урока и учебника заполнить прилагающиеся таблички.

Мозговой штурм. Ребята, почему наш округ называется горнозаводской? (ответы) Правильно, потому что заводы перерабатывают то сырье, которое добывают в Уральских горах. В Нижнем Тагиле есть завод ВМЗ. Кто знает как расшифровывается эта аббревиатура? (Выйский механический завод). А фамилия Черепановы вам о чем-нибудь говорит? Да, это наши уральские механики и изобретатели, крепостные заводчиков Демидовых. Отец Ефим Черепанов и его сын Мирон Черепанов в 1810 г. создали машиностроительный завод (позже ВМЗ), они занимались изобретением различных механизмов, первыми изобрели паровую машину-прототип паровоза.

И вот однажды Ефим Черепанов, разговаривая с рабочими, сказал:

Несколько дневных часов летом равноценны трем зимним дням.

Почему так? – спросили они.

Я это установил на опыте, - ответил механик. – Когда моя жена стирает одежду зимой, требуется три дня, чтобы она высохла. А если стирает летом после обеда, то одежда высыхает до вечера.

Выскажите свое отношение к ответу Ефима Черепанова. Почему летом белье сохнет быстрее, чем зимой?

В газах обычно расстояние между молекулами и атомами значительно больше размеров молекул, а силы притяжения очень малы. Поэтому газы не имеют собственной формы и постоянного объёма. Газы легко сжимаются, потому что силы отталкивания на больших расстояниях также малы. Газы обладают свойством неограниченно расширяться, заполняя весь предоставленный им объём. Молекулы газа движутся с очень большими скоростями, сталкиваются между собой, отскакивают друг от друга в разные стороны. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа .

Движение молекул в жидкостях

В жидкостях молекулы не только колеблются около положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее. Эти перескоки происходят периодически. Временной отрезок между такими перескоками получил название среднее время оседлой жизни (или среднее время релаксации ) и обозначается буквой?. Иными словами, время релаксации – это время колебаний около одного определённого положения равновесия. При комнатной температуре это время составляет в среднем 10 -11 с. Время одного колебания составляет 10 -12 …10 -13 с.

Время оседлой жизни уменьшается с повышением температуры. Расстояние между молекулами жидкости меньше размеров молекул, частицы расположены близко друг к другу, а межмолекулярное притяжение велико. Тем не менее, расположение молекул жидкости не является строго упорядоченным по всему объёму.

Движение молекул в твёрдых телах

Физика. Молекулы. Расположение молекул в газообразном, жидком и твердом расстоянии.

В газообразном состоянии молекулы не связаны друг с другом, находятся на большом расстоянии друг от друга. Движение Броуновское. Газ может быть относительно легко сжат.
В жидком - молекулы близко друг к другу, колеблются вместе. Сжатию почти не поддаются.
В тврдом - молекулы расположены в строгом порядке (в кристаллических рештках), всякое движение молекул отсутствует. Сжатию не поддатся.
Строение вещества и начала химии:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(без регистрации и SMS-сообщений, в удобном текстовом формате: можно использовать Ctrl+C)
Никак нельзя согласиться с тем, что в твердом состоянии молекулы не движутся.
Движение молекул в газах

В газах обычно расстояние между молекулами и атомами значительно больше размеров молекул, а силы притяжения очень малы. Поэтому газы не имеют собственной формы и постоянного объма. Газы легко сжимаются, потому что силы отталкивания на больших расстояниях также малы. Газы обладают свойством неограниченно расширяться, заполняя весь предоставленный им объм. Молекулы газа движутся с очень большими скоростями, сталкиваются между собой, отскакивают друг от друга в разные стороны. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.

Движение молекул в жидкостях

В жидкостях молекулы не только колеблются около положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее. Эти перескоки происходят периодически. Временной отрезок между такими перескоками получил название среднее время оседлой жизни (или среднее время релаксации) и обозначается буквой?. Иными словами, время релаксации это время колебаний около одного определнного положения равновесия. При комнатной температуре это время составляет в среднем 10-11 с. Время одного колебания составляет 10-1210-13 с.

Время оседлой жизни уменьшается с повышением температуры. Расстояние между молекулами жидкости меньше размеров молекул, частицы расположены близко друг к другу, а межмолекулярное притяжение велико. Тем не менее, расположение молекул жидкости не является строго упорядоченным по всему объму.

Жидкости, как и тврдые тела, сохраняют свой объм, но не имеют собственной формы. Поэтому они принимают форму сосуда, в котором находятся. Жидкость обладает таким свойством, как текучесть. Благодаря этому свойству жидкость не сопротивляется изменению формы, мало сжимается, а е физические свойства одинаковы по всем направлениям внутри жидкости (изотропия жидкостей). Впервые характер молекулярного движения в жидкостях установил советский физик Яков Ильич Френкель (1894 1952).

Движение молекул в тврдых телах

Молекулы и атомы тврдого тела расположены в определнном порядке и образуют кристаллическую рештку. Такие тврдые вещества называют кристаллическими. Атомы совершают колебательные движения около положения равновесия, а притяжение между ними очень велико. Поэтому тврдые тела в обычных условиях сохраняют объм и имеют собственную форм
В газообразном-движутся рандомно, врубаются
В жидком-движутся в соответствии друг с другом
В твердом - не движутся.