Междумолекулярни/междуатомни сили

[B0081]

Ще прехвърля постовете си от темата която започнах в друг форум :

Нямам достатъчно познания за да формулирам по строго темата , затова ще я формулирам, така да се каже в ала-бала - стил . Но все пак ще си говорим за физика .

Струва ми се че рядко излиза интересна информация за силите които структурират материята .

Въпросът е елемнтарен - какъв е начинът по който атомите и молекулите се задържат заедно но не се сливат в едно цяло.

В интернет срещнах някакви обяснения -електростатични сили, електрически диполни моменти и т.н.
Ако някой може да обясни по достъпно което може да послужи за основата на последващо проучване, ще ми е от полза.

За сега ще се спра на следния казус :

Вода се среща в трите агрегатни състояния.
Параобразно - два атома водород един атом кислород. Молекулите не са свързани и хаотично се движат в атмосферата.
Течно състояние - Молекулите са свързани чрез привличащата сила която определя състояние на тази маса молекули като течна . Молекулите могат да си променят местоположението в тази маса, но също така те са свързани от някаква притегателна сила.
Лед - твърдото състояние на масата от молекули. Силите които свързват молекулите са много силни , затова молекулите се подреждат в определен ред (кристалическа решетка) и не могат да сменят местоположението си в тази маса. Това което могат, е да вибрират в кристалическата решетка.

На много места в интернет срещам твърдения че течната фаза на водата е породена от привличащите сили м/у атомите/молекулите.
Относно това твърдение имам съмнения. Разсъждения ми са следните :
Взимам течната вода и я помествам в открито космическо пространство (извън атмосферата ни) . Водата ще се изпари - ще премине от течно в паробразно състояние - ще се раздели на отделни молекулни единици.
Това ме води до мисълта че течната фаза е продукт на атмосферното налягане, а не на привличащите сили м/у молекулите.

Продукт на атмосферното налягане според мен също е и повърхностно напрежение на водата.

Въпрос : кои са причините за да се смята че течното състояние на водата е причинено от вътрешни притегатлни сили ?

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Да приемем че температурата не се променя.

Имаме 20 градуса температура на Земята , и имаме вода в течно състояние.
Взимаме херметичен съд, поместваме малко вода в него , и започваме да изпомпваме въздухът от този съд. Водата ще започне да се изпарява вътре в съда. Т.е премахваме силата - (атмосферното налягане ) и получавмае това че течната вода започва да се разделя на молекулярни единици - газообразно състояние.

Цитати от уикито :

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.

В жидком состоянии вещество сохраняет объём, но не сохраняет форму. Это означает, что жидкость может занимать только часть объёма сосуда, но также может свободно перетекать по всей поверхности сосуда. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом. 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 несохранение 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 твёрдое 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)


За сега съм склонен да приема тезата че течната фаза на водата (и др. течности) зависи и от атмосферното налягане и от вътрешните сили на привличане м/у атомите /молекулите.

Или по точно така : течната фаза зависи от външното налягане , а свойствата на течноста зависят от вътрешните междуатони/молекулярни сили .

Друг въпрос : Ако замразим водата в газообразно състяоние ( да замразим отделните молекули ) и след това да ги съберем в една маса, как ще изглежда тази маса, и ще действат ли междуатомни/молекулярни сили в тази маса молекули ?

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Молекулата на водата H2O можем да я замразим, защото е съставена от няколко елемента - два водородни атома и един кислороден атом. Вътре в тази молекула съществуват сили които задържат на определно разстояние атомите на водорода и кислорода. От което следва че при по голямо или по малко наличие на енергия , вътрешни колебания (трептения) ще са с разлина скорост и сила.

Както можем да твърдим че можем да замразим водата която е съставна от молекули на водата така можем да твърдим че можем да замразим молекулата на водата която е съставена от атоми на водрода и килсирода.

От тук нататък следва въпросът с вътрешни колебания на молекулата на водата, на течното състояние на водата и на твърдото състяние на водата.
Възможно е че при твърдото състояние на водата колебания на молекулите са много по слаби от колкото силите кна привличане м/у молекулите . Ако силите се изравняват, молекулите имат възможност да сменят местоположението си, но не могат да напуснат тази маса - вече получаваме течно състояние на водата. Ако колебанията на молекулите станат по големи от силата която притегля молекулите по между им, то молекулите ще започнат да се отделят от тази маса вода.

Сега пак да се върнем към въпроса който зададох в предния си пост :

Ако замразим молекулата на водата - т.е. да сведем вътрешните колебания на молекулата до минимум, и съберем такава маса замразени молекули заедно в един куп. Като всичко това се намира в един херметичен съд в който липсва налягането на атмосферата, и остава само гравитационото притегляне на Земята . И за по точно да приемем че имаме един килограм молекули .
Въпросът е : какво ще представлява този един килограм замразени водни молекули - как ще изглежда тази маса вещество ?

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Струва ми се че сам си отговорих на първоначалния въпрос с това:

От тук нататък следва въпросът с вътрешни колебания на молекулата на водата, на течното състояние на водата и на твърдото състяние на водата.
Възможно е че при твърдото състояние на водата колебания на молекулите са много по слаби от колкото силите кна привличане м/у молекулите .Ако силите се изравняват, молекулите имат възможност да сменят местоположението си, но не могат да напуснат тази маса - вече получаваме течно състояние на водата. Ако колебанията на молекулите станат по големи от силата която притегля молекулите по между им, то молекулите ще започнат да се отделят от тази маса вода.

Това ще рече , че при отсъствие на атмосферното налягане, трябва да намалим температурата до толкова, че силата на колебанията на молекулите да се изравни със силата на междуатомното/молекулярно превличане. И ще получим течното състояние на водата при отсъствие на атмосферното налягане. Интересно при каква точно температура би станало това ?

[Guest]

Има само четири базисни сили които действат между физическите тела, така че привидната сложност на взаимодействията между тях може да се сведе до тях. Научете първо тези четири сили. В случая на съществуването на ядрата на атомите се проявява силно ядрената сила, която действа между протоните на ядрото и надвишава електростатичната сила на отблъскване между тях. Тя действа само на много близко разстояние, на по далечно вече електростатичната сила става доминираща, въобще на големи разстояния действат само елекростатичната и гравитационната сила. На нея се дължат всички ефекти на нещата, които наричаме атоми и молекули. Сложността на тези ефекти се дължи на колективното им участие в общо движение, но то няма няма отношение към базисните сили.

Например при свързването в молекули може резултантния електричния заряд да е разпределен на асиметрично в пространството, т.е. една част на молекулата да е положителна, друга част отрицателна. По този начин молекулите се привличат една друга и така да образуват групи, те са характерни за течното състояние. Тези междумолекулни сили подържат течността като такава, ако кинетичната енергия на молекулите не е голяма, ако е голяма то се появява газовото състояние.

Ако течност пада в гравитационно поле, тя си пада във формата която е била, защото електростатичните сили държат молекулите завдно. Поради топлинното движение на молекулите ма течността обаче тази форма става сферична защото сферата има минимална повърхност и молекулите са в най-ниско енергетично състояние. Ако освен това има и заобикалящ въздух при това падане се появява съпротивление поради електростатичното взаимодействия на течността и въздуха, така формата става елипспвидна, т.е. капка. Атмосфеното налягане на въдуха действа върху всички страни на формата, затова то не е определящо за тази форма, а само върху нейния обем.

Винаги търсете баланса на силите които действат, а въпросите са много, защото телата са много в прородата и имат колективни ефекти, затова физиката е наречена естествена философия, в Англия ощв използват това име.

[B0081]

Да четири основни сили.

На този етап мен ме интерсуват междумолекулярни и междуатомни сили. Това изключва силните и слабите взаимодействия които се проявяват в рамките на ядрото на атомите.

Остават електромагнитното и гравитационото взаимодействия (сили).

( В крайна сметка , дори и да включваме силните и слабите взаимодействия, всико пак се свежда до електромагнитно и гравитационно взаимодействие . Понеже слабите и силните взаимодействия са продуктна електромагнитно взаимодействие.)

"Тя действа само на много близко разстояние, на по далечно вече електростатичната сила става доминираща, въобще на големи разстояния действат само елекростатичната и гравитационната сила."

За електростатичната сила , може ли по подробно ? Какъв е механизмът на действие ?

[Joro-01]

Искаш ли малко да потърсиш с тези понятия - кохезия, адхезия, сили на Ван дер Ваалср ковалентна (полярна / неполярна), йонна връзка...

Сега.. Атомните орбитали може да ги прескочиш..

Може би модела на атома..

Айде жокер.. http://www.chem-bg.com/wp-content/uploads/2013/04/tema_10.pdf

И така какво излиза, кое фундаментално взаимодействие е намесено тук?

Знам, че си рускоговорящ..

[B0081]

Точно такъв материал за информация търсих : http://www.chem-bg.c.../04/tema_10.pdf . Благодаря.

А каква е тази книга/лекции ?

Техническия руски ми е много по добър от разговорния английски. Но пак за сметка на това съм слаб с техническия украински ( второто клипче) .

"И така какво излиза, кое фундаментално взаимодействие е намесено тук?"

Не става ясно къде тук имаш предвид .

Например в течната фаза на водата е намесено основно гравитационно взаимодействие, което удържа атмосферата на Земята. От своя страна количеството атмосфера създава налягане - атмосферно налягане. Това атмосферно налягане е причината за течната фаза на водата на Земята. Свойствата на течната вода които се наблюдават са продукт от електромагнитно взаимодействие (общо казано, но без силното и слябото взаимодействия). То като цяло всичко е свързано, ама ...

Редактирано Април 6, 2014 от B0081

[Joro-01]

За нищо

Не знам, намерих я, търсейки с понятията които ти казах - реших да потърся и аз (набързо обаче) да не звуча като...

А украинското видео дори не го пуснах sorry, просто го сложих щото видях една атомна орбитала на него.. Нещо много са редки тези видеа на руски

[Joro-01]

Тук обобщаваше и началният ти въпрос, но както и да е, това е - електромагнитното. Съобразително от твоя страна да включиш гравитацията, но не. Това е само един частен случай в който грав. вз. помага на електромагнитното. На борда на МКС, водата няма да се изпари - нялягането на въздуха там не идва от тежестта на въздуха. Водата там ще приеме сферична форма заради повърхностното напрежение. Също така твърдите тела /има изключения/ не се изпаряват във вакуум.

[B0081]

На борда на МКС няма гравитация, но има изкуствено въздушно налягане ( за да не завира кръвта на космонавтите ).

Цитати от уикито :

"Вода — чрезвычайно распространённое вещество в космосе, однако из-за высокого внутрижидкостного давления вода не может существовать в жидком состоянии в условиях вакуума космоса, отчего она представлена только в виде пара или льда."

"35 км — начало космоса для воды или тройная точка воды: на этой высоте вода кипит при 0 °C, а выше не может находиться в жидком виде."

"известно что в вакууме жидкость не существует(или газ или твердое состояние), за исключением жидкого Гелия (квантовая жидкость) "

Твърдите тела са в твърда фаза, аз в случая говорих за течната фаза на веществата. Например лед си остава лед при отсъствие на атмосферното налягане.

Редактирано Април 6, 2014 от B0081

[Joro-01]

Ясно, примерът ми беше за да кажа, че гравитационното взаимодействие няма общо, условието е да има налягане... Затова казах на борда, а не навън...

За кипенето - можеш да го видиш като напълниш спринцовка с вода и опънеш буталото (предвиди си ход назад за целта). Ще видиш още, че по-лесно се опъва отколкото ако е само с въздух и ще усетшх охлаждането.

При 0°С всяко изпарение спира (може да се обясни "противоречието" с руското уики), а при 0°К всяко движение атоми / молекури спира (и съответно всяко топлинно излъчване също).

На Марс затова е трудно да се види течна вода - при ниското налягане съществува в тесен темп интервал.

[Doris]

Има "изпарение" на леда и при отрицателни температури - сублимация и тя е по-интензивна при по-ниски налягания.

[Joro-01]

Точно сублимация се нарича изключението. Сублимира и нафталинът като го загрееш и то при атм. налягане.

Но тук става въпрос за отделни молекули, които имат по-висока кинетична енергия. Нали температурата е средната скорост на градивните частици. Ако всички молекули в леда имат тази кинетична енергия, то няма да е лед, а течна вода.

Опашките на кометите в общия случай са водна пара от ледените късове.. И една друга тема е на къде и защо е насочена опашката

[B0081]

При 0°С всяко изпарение спира (може да се обясни "противоречието" с руското уики), а при 0°К всяко движение атоми / молекури спира (и съответно всяко топлинно излъчване също).

Не ми става ясно за какво противоречие говориш.

Аз ги разбирам така нещата : ако нагряваме парче лед във вакум, то при температура 0 градуса (или 0 градуса и 1 градус ) молекулите направо ще напускат парчето лед. Т.е молекулите директно преминават в газ, без да минават през течна фаза.

Редактирано Април 7, 2014 от B0081

[Joro-01]

Да кажем, че забравих какво имах предвид, мисля не дочетох /или не разбрах правилно/ някои от цитатите ти в руското Уики, но ще се опитам да се сетя.

Така както ги разбираш са. А при вакуум от 0,006 атм и темп от 0,01°C, водата кипи, но може да се срещне и като лед - тоест само при тези условия може да се види водата в 3 фази /тройна точка/. Ок. При 0°C и 1 атмосфера водата е лед (върдо съст/фаза) и ако нагряваме обезателно ще минем през течна фаза. Тоест - при 0°С i 1 atm, няма изпарение. Така. И сега - Аха, текна ми и се сещам за какво говорех. Обаче - нерядко зимата виждаме в "сух студ" как ледът "сублимира" при малко затопляне и вятър.. И тук това за което казва Дорис - че е по-интензивна при ниски налягания - ми като духа вятър примерно.

Е, това имах предвид. Това, че не виждаме течната фаза, не значи, че я няма

[Moon_Watcher]

Да кажем, че забравих какво имах предвид, мисля не дочетох /или не разбрах правилно/ някои от цитатите ти в руското Уики, но ще се опитам да се сетя.

Така както ги разбираш са. А при вакуум от 0,006 атм и темп от 0,01°C, водата кипи, но може да се срещне и като лед - тоест само при тези условия може да се види водата в 3 фази /тройна точка/. Ок. При 0°C и 1 атмосфера водата е лед (върдо съст/фаза) и ако нагряваме обезателно ще минем през течна фаза. Тоест - при 0°С i 1 atm, няма изпарение. Така. И сега - Аха, текна ми и се сещам за какво говорех. Обаче - нерядко зимата виждаме в "сух студ" как ледът "сублимира" при малко затопляне и вятър.. И тук това за което казва Дорис - че е по-интензивна при ниски налягания - ми като духа вятър примерно.

Е, това имах предвид. Това, че не виждаме течната фаза, не значи, че я няма

Това, че не виждаме течната фаза, точно това и означава - че нея я няма.

P.S. Тройната точка на водата е при температура +0,0075 ° С и налягане 611,657 Ра. В тази точка, трите агрегатни състояния

на водата се намират в динамично равновесие помежду си неограничено дълго време. При равновесие на три фази в

еднокомпонентна система степените на свобода са нула. Т.е. при изменение на който и да е от параметрите на системата

една или две от фазите изчезват.

[fantom4e]

Допълвам.

Правило на Гибс за фазите http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_rule

[Doris]

....

Опашките на кометите в общия случай са водна пара от ледените късове.. И една друга тема е на къде и защо е насочена опашката

Опашките се насочват от слънчевия вятър, но по интересно е въздействието на процеса на сублимирането на газове върху движението на ядрото, защото се получава реактивна тяга. http://www.heliotaraxy.com/ISON/ISON-Live.html

[Gravity]

Допълвам.

Правило на Гибс за фазите http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_rule

Интересно, има същия вид като формулата на Ойлер!

F=E-V+2 http://en.wikipedia.org/wiki/Euler%27s_polyhedral_formula

[fantom4e]

Интересно, има същия вид като формулата на Ойлер!

F=E-V+2 http://en.wikipedia.org/wiki/Euler%27s_polyhedral_formula

Хехе почти ама не

[Joro-01]

Това, че не виждаме течната фаза, точно това и означава - че нея я няма.

P.S. Тройната точка на водата е при температура +0,0075 ° С и налягане 611,657 Ра. В тази точка, трите агрегатни състояния

на водата се намират в динамично равновесие помежду си неограничено дълго време. При равновесие на три фази в

еднокомпонентна система степените на свобода са нула. Т.е. при изменение на който и да е от параметрите на системата една или две от фазите изчезват.

Moon Watcher, какво ми казваш? Аз не оспорвам това след първото ти изречиние.

При 0°C и 1 атм (Примера който дадох на B0081) изчезва газовата фаза (това което казах някъде в началото - изпарението спира), остават течната и твърдата фаза.

Обаче - всички сме виждали как "Сублимира" сняг или лед. При сухо не много студено (под нулата но слънчево) и ветровито време. От графиката е видно, че няма как да стане. Тогава? Стигаме до последното изречение от предпоследния ми пост..

[Moon_Watcher]

Това сухо, не много студено и ветровито време, по какъв начин

е намерило израз във фазовата диаграма на водата? Питам, защото

от казаното оставам с впечатление, че начинът по който ще изглежда

представената диаграма, зависи от тези три фактора посочени от теб.

P.S. Всички сме виждали как замръзнало пране е изсъхвало дори и при -15 градуса,

макар и в продължение на няколко дни. Имам предвид -15 градуса и нито градус

по-нагоре. Точно от графиката е видно как става.

[Joro-01]

Добре.. Аз не разбирам, кажи ти какво изпускам и къде в графиката се вижда как съхне прането при -15°C?

Аз виждам, че сублимацията започва от тройната точка, като температура и налягане, надолу и наляво 0,006 атм и - 0,01°. И ако тази температура не е нещо особено за нас, то 0,006 атм и надолу?

Също трябва да имаме предвид, че графиката не е в мащаб, но на теб едва ли има нужда да го казвам.

[Doris]

Графиката не предвижда сублимиране на леда при атмосферно налягане, защото тя показва фазите на водата за масивен материал.

Изсъхването при отрицателни температури според мен може да се обясни с това, че сублимирането е свързано и с явления, характерни за повърхности, дифузия, неравномерно енергетично разпределение - част от атомите на повърхността, които са с по-висока от средната енергия се откъсват от масивното тяло и преминават във въздуха в газообразно състояние, също и обратният процес е възможен . При нарушаване на равновесието - например вятър сублимирането е по-интензивно от десублимирането и прането изсъхва.

[Малоум 2]

За по-лесно, разгледай го така:

Въздухът разтваря водни пари в себе си в зависимост от температурата му.

При студ (-15 градуса Целзии) - в него няма водни пари (или са малко) и

естествено, бързо ги взема от прането. Да, ама и се отнася, защото влажният въздух е по-лек

от сухия. Това се повтаря, повтаря ... докато изсъхнат гащите... и цялото околно на прането

не достигне до равновесно състояние: въздух-водни пари разтворени в него.

[Moon_Watcher]

Добре.. Аз не разбирам, кажи ти какво изпускам и къде в графиката се вижда как съхне прането при -15°C?

Аз виждам, че сублимацията започва от тройната точка, като температура и налягане, надолу и наляво 0,006 атм и - 0,01°. И ако тази температура не е нещо особено за нас, то 0,006 атм и надолу?

Също трябва да имаме предвид, че графиката не е в мащаб, но на теб едва ли има нужда да го казвам.

В показаната фазова диаграма, атмосферата (въздухът) не взема участие по никакъв начин. Всички налягания и температури

показани на диаграмата се отнасят само и единствено за водата. В идеалния случай, за да се построи такава фазова

диаграма,е необходимо да се вземе подходящо количество вода и да се постави в съд със съответен обем, от който въздухът

е напълно евакуиран. От там насетне, започваме да изледваме какво се случва в съда при различни температури. Например,

едно от нещата, които ще установим е, че при температура +0,0075 градуса ( или + 0,0098, както е показано на диаграмата, от

моя източник е първото, но това в случая не е важно) се установява динамично равновесие между трите агрегатни състояния

на водата, което продължава неограничено дълго време, ако не пипаме температурата. При тази температура, налягането на

водните пари в съда ще бъде 611 Ра. Когато нещата се случват при наличието на атмосфера, на посоченото налягане трябва

да се гледа като на парциално налягане. Дали в присъствието на въздух това равновесно налягане ще бъде същото?

Вероятно, не, но ще е от този порядък. И сега за сушенето при отрицателни температури. Ако парциалното налягане на

водните пари в атмосферата е под равновесната крива между твърдата и газообразната фази, показани на диаграмата,

замръзналата вода в пробното тяло ще сублимира и при достатъчно време ще изсъхне напълно. Ако обаче, парциалното

лягане е над равновесната крива, пробното тяло само ще трупа скреж. Едва ли има човек, който да не е бил свидетел и на

едното, и на другото.

[Joro-01]

Е, благодарности...

Човек се учи докато е жив