Движение молекул - страница 8

Рис. 7. Если стакан воды обратить в пар, то пар при атмосферном давлении будет занимать бак объёмом в 320 литров.

Почему же поверхность спокойной жидкости представляется нам неподвижной, почему мы не замечаем непрерывного дрожания молекул?

Ещё Ломоносов в одном из своих сочинений писал: "Ведь нельзя отрицать существование движения там, где его не видно: кто, в самом деле, будет отрицать, что когда через лес проносился сильный ветер, то листья и сучки дерев колышатся, хотя бы при рассматривании издали глаз не видел движения. Точно так же как здесь вследствие расстояния, так и в тёплых телах вследствие (малости частиц движущейся материи, колебание ускользает от взора".

И в самом деле. Посмотрите на лезвие безопасной бритвы. Каким ровным и гладким оно нам представляется. А теперь взгляните на рисунок 8. На нём изображён маленький участок того же лезвия, каким он виден в электронный микроскоп. А ведь вы знаете, что обычные по своим размерам молекулы в электронный микроскоп не видны. Понятно поэтому, что нельзя увидеть глазами тепловое движение молекул.

Какую же скорость имеют молекулы жидкости?

Оказывается, что средняя скорость теплового движения молекул жидкости такая же, как и у газа, молекулы которого имеют тот же вес, взятого при той же температуре. И так же, как и у газов, у жидкостей скорость беспорядочного движения молекул растёт с ростом температуры.

Рис. 8. Фотография маленького участка лезвия безопасной бритвы, снятая при помощи электронного микроскопа.

Таким образом, тепловое движение молекул жидкости сходно с тепловым движением молекул газа. Однако между ними имеется и существенное различие. Молекулы газов, пробегая от одного соударения до другого большие пути, постоянно встречают разные молекулы и только чрезвычайно редко раз ударившиеся молекулы встречаются вновь. У жидкостей, наоборот, молекулы длительное время сохраняют своих соседей, и повторные соударения здесь уже не редкость. Полная беспорядочность, характеризующая газ, начинает здесь приобретать черты некоторого порядка.

При затвердевании объём почти всех жидкостей уменьшается. Поэтому можно считать, что, как правило, молекулы или атомы в твёрдых телах расположены ещё ближе друг к другу, чем в жидкостях.

Если молекулы в газе находятся в полном беспорядке, а в жидкости беспорядочное движение молекул сочетается с некоторым порядкам в их расположении, то в твёрдых телах частицы располагаются уже в полном порядке.

Учёные придумали способы узнавать, как расположены частицы, образующие твёрдые тела. Оказывается, в твёрдых телах частицы занимают строго определённые положения. При затвердевании жидкости соседние частицы вещества располагаются в вершинах правильных геометрических тел: кубов, пирамид, призм и т. д.

Рис. 9. Строение кристалла поваренной соли.

Рис. 10. Строение кристалла графита.

Каждый из вас хорошо знает обычную поваренную соль, употребляемую в пищу. Каждая крупинка такой соли представляет собою один или несколько соединённых вместе кубиков. Такая форма частиц соли не случайна.

Поваренная соль — это химическое соединение двух различных веществ: хлора и натрия.

Частицы, образующие кристалл поваренной соли, являются не молекулами хлора и натрия, а электрически заряженными атомами этих веществ, так называемыми ионами. Если мы условимся частицу хлора (ион хлора) изображать чёрным шариком, а частицу натрия (ион натрия) белым, то в каждой крупинке поваренной соли частицы расположены так, как это изображено на рисунке 9. Здесь каждый чёрный кружок окружён шестью белыми, а каждый белый, в свою очередь, шестью чёрными. Такой порядок мы наблюдаем в любой части крупинки поваренной соли.

В других твёрдых телах порядок расположения частиц иной, но в каждом из них совершенно определённый.

Рис. 11. Разнообразные формы кристаллов.

Существует твёрдое тело — графит. Его применяют при изготовлении мелков карандашей. Графит построен из частичек углерода, из которого состоит и обычный древесный уголь. Расположение частичек в графите изображено на рисунке 10.

Как мы видим, здесь частички расположены иначе, чем в поваренной соли, но и здесь существует строгий порядок в их расположении.