Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.2: Макроскопічні властивості та мікроскопічні моделі

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22948

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Як простий приклад того, як макроскопічні властивості речовини можна пояснити на мікроскопічному рівні, розглянемо рідку ртуть. Макроскопічно ртуть при звичайних температурах - це срібляста рідина, яку можна налити так само, як воду - досить незвично для металу. Ртуть також є найважчою відомою рідиною. Його щільність становить 13,6 г см —3, в порівнянні з лише 1,0 г см —3 для води. При охолодженні нижче -38,9° C ртуть твердне і поводиться дуже схоже на більш звичні тверді метали, такі як мідь і залізо. Меркурій, застиглий навколо кінця дерев'яної палички, можна використовувати для забивання цвяхів, якщо вона зберігається досить холодною. Тверда ртуть має щільність 14,1 г см —3 трохи більше, ніж у рідини.

    Коли ртуть нагрівається, вона залишається рідиною до досить високої температури, остаточно киплячи при 356,6° C, щоб дати невидиму пару. Навіть при низьких концентраціях газоподібна ртуть надзвичайно токсична, якщо вдихнути в легені. Він був відповідальним за багато випадків отруєння людини. В іншому пари ртуті поводяться так само, як і будь-який інший газ. Він легко стискається. Навіть при застосуванні досить скромних тисків обсяг помітно зменшується. Пари ртуті також набагато менш щільні, ніж рідина або тверда речовина. При 400° C і звичайному тиску його щільність становить 3,6 × 10 —3 г см —3 приблизно одна чотиритисячна щільність твердої або рідкої ртуті.

    Три стани матерії
    Газоподібна модель. Рідкі моделі. суцільна модель.
    газоподібний стан Рідкий стан Твердотільний

    Сучасний хімік інтерпретує ці макроскопічні властивості з точки зору мікроскопічної моделі за участю атомів ртуті. Як показано на наступному малюнку, атоми можна вважати малими твердими сферами. Як більярдні кулі, вони можуть пересуватися і відскакувати один від одного. У твердій ртуті центри суміжних атомів розділені лише 300 пм (300 × 10 —12 м або 3,00Å). Хоча кожен атом може трохи рухатися, інші оточують його настільки тісно, що він не може уникнути відведеного положення. Звідси тверде тверде. Дуже мало атомів з'їжджають з положення, навіть коли він б'є цвях. Зі збільшенням температури атоми вібрують сильніше, і в кінцевому підсумку тверда речовина плавиться. У рідкій ртуті правильна, геометрично жорстка структура зникла, і атоми вільні рухатися, але вони все ще досить близькі один до одного і важко відокремлюються. Ця здатність атомів переміщатися повз один одного пояснює той факт, що рідка ртуть може протікати і приймати форму своєї ємності. Зверніть увагу, що структура рідини не така компактна, як у твердої речовини; присутні кілька зазорів. Ці прогалини пояснюють, чому рідка ртуть менш щільна, ніж тверда.

    А. промінь дуже яскравого світла світить між двома стрижнями на темному тлі.(Б)Б. монета спирається на поверхню рідкої ртуті в склянці. (С)Блискучий напівсферичний блок ртуті.
    Рисунок\(\PageIndex{1}\): Макроскопічний вигляд елемента ртуті: (A) у газоподібному стані (вище 356,6° C); (B) як рідина (між —38,9 і 356,6° C) і (C) у твердій формі (нижче —38,9° C)

    У газоподібної ртуті, яку також називають парами ртуті, атоми знаходяться дуже далі один від одного, ніж у рідині, і вони рухаються досить вільно і швидко. Оскільки атомів на одиницю об'єму дуже мало, щільність значно нижча, ніж для рідкого і твердого. Швидко рухаючись у всіх напрямках, атоми ртуті (або будь-якого іншого газу з цього приводу) здатні заповнити будь-яку ємність, в яку вони поміщені. Коли атоми потрапляють в стінку контейнера, вони відскакують. Ця постійна бомбардування атомами на субмікроскопічному рівні припадає на тиск, що чиниться газом на макроскопічному рівні. Газ можна легко стиснути, оскільки між атомами є багато відкритого простору. Зменшення гучності лише зменшує цей порожній простір. Рідина і тверда речовина не так легко стискати, оскільки між атомами мало або взагалі немає порожнього простору.

    Можливо, ви помітили, що хоча наша субмікроскопічна модель може пояснити багато властивостей твердої, рідкої та газоподібної ртуті, вона не може пояснити їх усі. Наприклад, сріблястий колір ртуті і чому пар отруйний, залишаються загадкою. Існує два підходи до такої ситуації. Ми можемо відкинути ідею атомів на користь іншої теорії, яка може пояснити більш макроскопічні властивості. З іншого боку, може бути розумним розширити атомну теорію, щоб вона могла враховувати більше фактів. Другим підходом дотримувалися хіміки. У поточному розділі про атоми, молекули і хімічні реакції, а також Використання хімічних рівнянь в розрахунках ми докладніше обговоримо ті факти, які потребують лише простої атомної теорії для їх інтерпретації. Багато наступних розділів описують розширення атомної теорії, які дозволяють інтерпретувати набагато більше спостережень.