Силы взаимодействия молекул и строение вещества

Слайд 1. Силы взаимодействия молекул и строение вещества

Физика 10 класс: от микромира к макросвойствам тел

Слайд 2. Введение в микромир

Все макроскопические тела состоят из огромного количества частиц. Свойства этих тел (твердость, текучесть, сжимаемость) напрямую зависят от того, как молекулы взаимодействуют друг с другом. Главный вопрос: почему тела не распадаются на отдельные атомы и почему они не сжимаются до бесконечности?

Слайд 3. Природа межмолекулярных сил

Электромагнитная природа: силы возникают из-за взаимодействия заряженных частиц (ядер и электронов).

Притяжение: преобладает на расстояниях, превышающих размеры молекул.

Отталкивание: резко возрастает при перекрытии электронных оболочек атомов.

Равновесие: состояние, при котором силы притяжения и отталкивания равны.

Слайд 4. График потенциальной энергии взаимодействия

Слайд 5. Три агрегатных состояния

Полная свобода движения. Расстояния между молекулами во много раз больше их размеров.

Плотная упаковка, но сохраняется подвижность. Молекулы могут «перескакивать» с места на место.

Строгий порядок. Частицы лишь колеблются около фиксированных положений равновесия.

Слайд 6. Газообразное состояние

Слайд 7. Свойства газов

В газах среднее расстояние между молекулами составляет около $10^{-7}$ см, что в 10 раз больше диаметра самой молекулы. Из-за этого силы притяжения очень малы. Газы легко сжимаются и занимают весь предоставленный им объём, не сохраняя ни формы, ни объёма.

Слайд 8. Жидкое состояние

Слайд 9. Особенности жидкостей

Ближний порядок: упорядоченное расположение частиц сохраняется только вблизи данной молекулы.

Малая сжимаемость: из-за плотной упаковки молекул.

Текучесть: под действием внешней силы молекулы легко перемещаются в направлении силы.

Сохранение объёма: силы притяжения достаточно велики, чтобы удерживать частицы вместе.

Слайд 10. Твёрдые тела: Кристаллы и Аморфные структуры

Имеют дальний порядок — периодическую повторяемость структуры во всем объеме. Обладают строго определенной температурой плавления.

Не имеют кристаллической решетки. По структуре напоминают очень густые жидкости. Размягчаются в широком диапазоне температур.

Слайд 11. Сравнительная характеристика

Данная таблица наглядно показывает, как микроскопическое строение (порядок и тип движения) определяет макроскопические физические свойства вещества.

Слайд 12. Энергия связи: что удерживает частицы вместе?

Глубина потенциальной ямы $E_p$ определяет прочность сцепления. Чем она больше, тем труднее «вырвать» молекулу из её положения, что обеспечивает устойчивость твёрдого тела.

В тугоплавких металлах (вольфрам) энергия связи огромна, а в летучих жидкостях (эфир) — мала, поэтому они легко испаряются даже при комнатной температуре.

Состояние вещества зависит от соотношения кинетической энергии движения $E_k$ и энергии связи $E_p$. Если $E_p\gg E_k$, частицы остаются «заперты» в кристаллической решётке.

Почему для разрушения кристаллической решётки (плавления) требуется подвод энергии извне, если температура тела при этом может не меняться?

Слайд 13. Вопросы для обсуждения

Почему при сжатии твёрдых тел возникают огромные силы сопротивления?

В чём заключается принципиальное различие в движении молекул воды в лёде и в паре?

Почему капля воды принимает шарообразную форму в невесомости?

Может ли одно и то же вещество находиться в разных агрегатных состояниях?

Слайд 14. Подведём итоги

Межмолекулярные силы имеют электромагнитную природу и зависят от расстояния.

Равновесное состояние $r_0$ определяется балансом притяжения и отталкивания.

Агрегатное состояние зависит от соотношения кинетической энергии движения и потенциальной энергии взаимодействия.

Газы хаотичны, жидкости имеют ближний порядок, твёрдые тела — дальний порядок.