Chapter 11: Liquids, Solids, and Intermolecular Forces

Back to chapter

11.1:

مقارنة جزيئية بين الغازات والسوائل والمواد الصلبة

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Molecular Comparison of Gases, Liquids, and Solids

Next Video
11.2: Intermolecular vs Intramolecular Forces

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

تتكوّن كل مادة من عدد كبير من الجزيئات،التي تتحرك حركة ثابتة عشوائية. حتى في الجليد والمعادن،فإن الذرات تظل تتحرك. توجد المادة في ثلاث حالات مختلفة:الصلبة،والسائلة،والغازية.وفي هذه الحالات جميعًا،فإن الجزيئات،والذرات،والأيونات في حالة حركة بمقدار معيّن من الطاقة الحركية،وهي التي تحدد حالة المادة. في الحالة الغازية،تحتوي الجزيئات على مقدار كبير من الطاقة الحركية. تتحرك الجزيئات،ذات الطاقة الكبيرة،بسرعة متجاوزة بعضها البعض،وتكون متباعدة بشكل كبير،مما يزيد من صعوبة التقاطع المتكرر فيما بينها.ونتيجة لذلك،فإن قوى التجاذب في الغازات ضعيفة. ونتيجة لقوة التجاذب الضئيلة هذه،لا يكون للغازات حجم أو شكل محدد ونجدها تتمدد بحرية،لتملأ حيّز الإناء الذي تتواجد فيه بأكمله. وبوجود متّسع كبير حول الجزيئات،تكون كثافة الغازات منخفضة مما يسهّل ضغطها.عندما تُضغط الغازات أو تُبرّد،تنخفض طاقتها الحركية وبالتالي تتباطئ حركة الجزيئات. تمر الجزيئات ببعضها البعض،بشكل متكررة أكثر،وتتقارب من بعضها البعض. وهذا يزيد من القوى ما بين الجزيئات مما يحوّل الغاز إلى حالة السيولة.تترابط الجزيئات في السوائل بقوى تجاذب أقوى،مما يترك حيّزًا صغيرًا حولها. وهكذا،فإن كثافة السوائل أعلى من كثافة الغازات ما يجعل من الصعب ضغطها. كما أن للسائل حجم محدد ويأخذ شكل الوعاء الذي يوضع فيه.رغم أن قوى التجاذب أقوى في السوائل،إلّا أن الجزيئات تستطيع أن تتحرك بحرية أكثر حول بعضها البعض،لذلك يمكن للسوائل أن تتدفق أو تُصبّعندما تبُرد السوائل أكثر،فإن طاقتها الحركية تنخفض،إلى درجة تكاد عندها الجسيمات أن تتوقف عن الحركة نتيجة القوى الشديدة بين الجزيئات،ولا تستطيع سوى أن تهتز وهي في وضع الثبات. وفي هذه المرحلة تتحول الجزيئات إلى حالة تشكل هيكلًا ثلاثي الأبعاد،تسمى حالة الصلابة. في أي جسم صلب،تتجمع الجزيئات بكثافة،ولا تكاد تترك أي فراغ حولها.لذا فإن المواد الصلبة لا يمكن ضغطها،ويكون لها حجم محدد وشكل محدد.

11.1:

مقارنة جزيئية بين الغازات والسوائل والمواد الصلبة

الجزيئات في مادة صلبة معبأة بإحكام معاً (شكل ثابت) وغالباً ما يتم ترتيبها في نمط منتظم؛ في سائل تكون قريبة من بعضها البعض بدون ترتيب منتظم (بدون شكل ثابت)؛ في الغاز، تكون متباعدة مع عدم وجود ترتيب منتظم (بدون شكل ثابت). تهتز الجسيمات في حالة صلبة حول مواضع ثابتة (لا يمكن أن تتدفق) ولا تتحرك بشكل عام فيما يتعلق ببعضها البعض؛ في السائل، تتحرك متجاوزة بعضها البعض (يمكن أن تتدفق) ولكنها تظل في الأساس اتصال دائم؛ في الغاز، يتحركان بشكل مستقل عن بعضهما البعض (يمكن أن يتدفقان ويتمددان) إلا عندما يصطدمان.

تعكس الاختلافات في خصائص مادة صلبة أو سائلة أو غازية قوة قوى الجذب بين الذرات أو الجزيئات أو الأيونات التي تتكون منها كل مرحلة. تعتمد المرحلة التي توجد فيها المادة على النطاقات النسبية لقوى بين الجزيئات (IMFs) – قوى الجذب الكهروستاتيكية الموجودة بين ذرات وجزيئات المادة – والطاقات الحركية (KE) لجزيئاتها. بينما تعمل IMFs على إبقاء الجسيمات قريبة من بعضها البعض، فإن الجسيمات’ يوفر KE الطاقة اللازمة للتغلب على الجاذبية وبالتالي زيادة المسافة بين الجسيمات. على سبيل المثال، في السائل، تمسك القوى الجزيئية الجذابة الجزيئات في اتصال، على الرغم من أنها لا تزال لديها ما يكفي من KE لتجاوز بعضها البعض. نتيجة لذلك، تتدفق السوائل وتتخذ شكل الوعاء الحاوي الخاص بهم.

وفقًا للنظرية الجزيئية الحركية (KMT)، تتناسب درجة حرارة مادة ما مع متوسط KE لجزيئاتها. يؤدي تغيير متوسط الطاقة الحركية (درجة الحرارة) إلى إحداث تغييرات في الحالة الفيزيائية إلى جانب التغيرات المرتبطة بها في القوى بين الجزيئات. على سبيل المثال، عندما يتم تبريد الماء الغازي بشكل كافٍ، أو يتم تقليل متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، فإن التجاذب المتزايد بين جزيئات H₂O سيكون قادراً على تجميعها معاً عندما تتلامس مع بعضها البعض؛ يتكثف الغاز مكونًا سائل H₂O. عندما يتم تبريد السائل H₂O، تصبح القوى الجاذبة أقوى، ويتجمد الماء ليشكل ثلجاً صلباً.

في الحالات التي لا تكون فيها درجات الحرارة مرتفعة للغاية، يمكن تسييل الغازات عن طريق الضغط (ضغط مرتفع). تُظهر الغازات قوى جذب ضعيفة للغاية بسبب انتشار الجزيئات على مسافات كبيرة. يؤدي الضغط المتزايد إلى تقريب جزيئات الغاز من بعضها البعض، بحيث تصبح عوامل الجذب بين الجزيئات قوية بالنسبة إلى KE. وبالتالي ، فإنها تشكل السوائل. البوتان ، C₄H₁₀، هو الوقود المستخدم في الولاعات التي تستخدم لمرة واحدة وهو غاز عند درجة حرارة وضغط قياسيين. داخل حجرة الوقود الأخف وزنا، يتم ضغط البوتان إلى ضغط يؤدي إلى تكثيفه إلى الحالة السائلة. علاوة على ذلك، إذا أصبحت درجة حرارة السائل منخفضة بدرجة كافية أو أصبح الضغط على السائل مرتفعاً بدرجة كافية، فإن جزيئات السائل لم تعد تحتوي على KE الكافي للتغلب على IMF بينها وبين الأشكال الصلبة.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids.

Tags

Molecular Comparison Gases Liquids Solids Matter Molecules Motion States Of Matter Kinetic Energy Gaseous State Attractive Forces Volume Shape Density Compressibility Intermolecular Forces Liquid State