Конденсированное состояние

реального газа. Критические параметры.
Внутренняя энергия реального газа
Фазы и фазовые переходы
Жидкое

План

и при низких температурах модель идеального газа не работает:
надо

так и отталкивания:
Межмолекулярные взаимодействия
Суммарная сила:

Ван дер Ваальса учитывает:
собственный объём молекул
взаимодействие молекул
поправка

расчёте на один моль запрещённый объём:
Поправка b на объём равна

к другу пропорциональна числу молекул в каждом слое
F ~ n.n
Концентрация

Дополнительное молекулярное давление:

плотностях (низком давлении) молярный объём большой:

Vm >> b и

одна из возможных моделей. Эта модель приближённо описывает характер взаимодействия

общем случае оно имеет три корня

при T=Tк все три действительных

Температура Tк называется критической,
как и соответствующая этой температуре изотерма.
Давление pк и молярный объём Vк реального газа, соответствующие точке перегиба – тоже критические

Ваальса
Эксперимент

и жидкостью
Критическая точка – точка, в которой состояния жидкости и

Плотность пара равна плотности жидкости, поэтому нет вообще границы между ними
Нет поверхностного натяжения, коэффициент поверхностного натяжения обращается в ноль

одинаковых корня, поэтому его можно записать через куб разности (V-Vк):
Можно

и поправочными коэффициентами a и b в уравнении Ван дер

хаотического движения молекул
потенциальной энергии взаимодействия молекул
Силы притяжения в модели

Работа по преодолению сил притяжения при увеличении объёма на dVm идёт на увеличение потенциальной энергии:

свойствам состояние вещества

Графит и алмаз – это две разных

При 00С могут сосуществовать 3 фазы воды: лёд, жидкость и пар

Лёд может существовать в нескольких (более десятка) различных фазах; они отличаются структурой кристаллических решёток, и как следствие, различными свойствами

Фаза – совокупность однородных частей системы

Примеры:

Вода в закрытом сосуде – это равновесие
двух фаз: жидкости и насыщенного пара

фазы

Фазовая диаграмма воды

первого рода:
парообразование, конденсация, сублимация, возгонка,
кристаллизация, плавление
Фазовым переходом первого

Фазовый переход первого рода сопровождается резким изменением плотности вещества
При фазовых переходах первого рода теплоёмкость вещества обращается в

бесконечность: , поскольку теплота поглощается (выделяется) ,

а температура не изменяется

– температура, при которой происходит переход
(V2 – V1) – изменение

Для фазовых переходов первого рода уравнение Клапейрона-Клаузиуса:

свойства вещества:
теплоёмкость, вязкость, ферромагнитные свойства,
электрические свойства…
Фазовый переход второго

переход ферромагнетик-неферромагнетик при температуре Кюри
переход в сверхпроводящее состояние при сверхнизких температурах
переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние при сверхнизких температурах
переход кристалла из одной модификации в другую (металлы, графит-алмаз, лёд и т.д.)
полимерные переходы жидких кристаллов; при этом меняются оптические свойства

Примеры фазовых переходов второго рода:

и другого.
Жидкое состояние
Газ
Дальний порядок в
расположении частиц:
упорядоченность
сохраняется

Молекулы движутся
хаотично

Газ занимает
весь объём

Жидкость

Силы притяжения удерживают
частицы на определённых
расстояниях друг от друга

Молекулы жидкости колеблются около своего положения равновесия в течение некоторого времени. Затем перескакивают в соседнее положение равновесия

Твёрдое тело

Сохраняет не только
объём, но и форму

Частицы колеблются около своего положения равновесия

Ближний порядок в расположении
частиц: упорядоченность на
небольших расстояниях,
сравнимых с межатомными

её свойства, нет.
Некоторые проблемы жидкости разработаны Френкелем.
По его

Тепловое движение молекул жидкости носит групповой характер

Жидкое состояние

температуры может так сильно увеличиваться, что такая жидкость теряет текучесть

Аморфное тело

Изотропны, как жидкости

Аморфное тело – переохлаждённая жидкость

Ближний порядок в расположении частиц, как у жидкостей

Нет определённой температуры плавления

одинаковая ориентация молекул (если, например, молекулы длинные с боковыми отростками)

молекулярного действия.
Любая молекула, находящаяся в сфере молекулярного действия данной

rм.д.

r>rм.д.

затратить энергию, следовательно, за счёт своей кинетической энергии приобретает поверхностную

приходящейся на единицу длины контура

→ создаётся дополнительное давление Δp на жидкость по

радиусом кривизны R и радиусом сегмента r :

поверхностью:
Для плоской поверхностиR=0, Δp=0
Выпуклая:
R>0, Δp>0
Вогнутая:
R

давление под искривлённой поверхностью жидкости уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости

притяжения молекул:

звеньев
Аморфные металлы (при быстром охлаждении)
Металлы
Кварц
Алмаз
NaCl
Лёд
Органические вещества в твёрдом состоянии (белки,

монокристаллические

поликристаллические

анизотропны

изотропны

ближний порядок в
расположении частиц

дальний порядок в расположении частиц

изотропны

кристалла, потому что на отрезках одинаковой длины в кристалле укладывается

кристалл может быть получен периодическим повторением в трёх направлениях одного

Простые формы кристаллов:

и семи соседним
Простейшая решётка – кубическая
простая
гранецентрированная
объёмоцентрированная
N – число атомов, приходящихся

добавляется один атом в центре куба, принадлежащий только данной ячейке

добавляются 6 атомов в центре каждой грани, причём каждый из них принадлежит данной ячейке и соседней

кристаллической решетки и характера сил взаимодействия между ними различаются 4

Примеры:

NaCl

Атомные решётки

Металлические решётки

Молекулярные решётки

алмаз, графит, германий, кремний

все металлы

органические вещества, лёд,
газы в твёрдом состоянии

решётки
Металлические решётки
Молекулярные решётки
Связь между атомами:
Положительные и отрицательные ионы
Металлическая

Ковалентная (гомеополярная)

Ван-дер-Ваальсовские силы и водородные связи

Нейтральные атомы

Положительные ионы

Молекулы

ними несимметрична
Тепловое расширение твёрдых тел
Причина теплового расширения твёрдых тел

С увеличением температуры и
полной энергии колебаний
среднее расстояние r между
частицами увеличивается

C равны:
Коэффициент линейного теплового расширения α численно равен относительному увеличению

Изменение длины при нагревании:

расширения β численно равен относительному увеличению объёма тела при нагревании

Изменение объёма при нагревании:

Для аморфных тел и кристаллов с кубической решёткой:

о равнораспределении
Кинетическая
энергия
Потенциальная
энергия
Энергия одного атома (иона):
Внутренняя энергия одного моля кристалла, состоящего

всех химически простых тел одинакова, не зависит от температуры и

Это – закон Дюлонга и Пти:

Для химических соединений число частиц в одном моле вещества в z раз больше (z – число атомов в молекуле)
Пример: в моле NaCl содержится NА атомов натрия и NА атомов хлора; z =2

нужно использовать квантовые статистики
Эксперимент: